硅基微纳光学阵列元件的约束刻蚀加工研究
发布时间：2021-07-10 13:01
今天，随着微机电系统（MEMS）的迅速发展，微型化、集成化、智能化已成为科学技术中最为重要的发展趋势。微系统将成为21世纪最具挑战性的科学技术领域之一，它将使人类认识世界、改造世界的能力产生巨大的突破。近年来，利用电化学加工方法进行微纳米尺度加工作为新兴的高新技术，已成为令人瞩目的极具潜力的技术进步之一。电化学微细加工方法因其具有适用材料范围广、加工无应力、表面质量高、环境要求低、分辨率高以及加工成本低等优势，在加工复杂三维微纳结构中具有巨大的潜力。约束刻蚀剂层技术（CELT），于1992年由田昭武院士首次提出，是一种新型微纳米结构加工方法，能同时具备许多传统微纳加工技术所无法达到的综合优势：（1）加工分辨率能达到微纳米尺度；（2）能复制加工真正的复杂三维微结构；（3）可实现微纳结构的批量生产。本论文主要是利用约束刻蚀剂层技术在半导体材料Si表面进行复杂三维微纳结构的复制加工研究，利用PMMA/Ti/Pt微凸透镜阵列模板电极成功地在p-Si表面加工出具有亚微米级分辨率的三维微结构图案。论文的主要研究结果如下：1、通过电化学方法以及腐蚀失重分析等寻找并研究了对硅进行有效刻蚀加工的刻蚀剂及...
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
第1章 绪论
1.1 微系统的简介
1.2 现代微细加工技术
1.2.1 微细加工技术分类
1.2.2 LIGA 技术
1.2.3 体硅微加工技术
1.2.4 硅表面微机械加工技术
1.2.5 微接触印刷技术
1.2.6 固相键合技术
1.2.7 3D 电化学微加工
1.2.8 EFAB 技术
1.2.9 扫描电化学显微镜（SECM）技术
1.2.10 扫描探针显微镜技术（SPM）
1.2.11 电化学湿印章技术
1.3 约束刻蚀剂层技术（CELT）
1.3.1 当前三维微加工方法的局限性
1.3.2 约束刻蚀剂层技术简介
1.3.3 约束刻蚀剂层技术的原理及其优点
1.4 本论文的目标与设想
第2章 实验部分
2.1 实验材料与试剂
2.1.1 实验所用化学试剂
2.1.2 被加工基底材料
2.1.3 其他实验装置以及实验材料
2.2 工作电极的制作
2.2.1 Pt 微圆柱电极
2.2.2 PMMA/Ti/Pt 模板电极
2.2.3 Pt 微圆柱电极与 PMMA/Ti/Pt 模板电极的比较
2.3 电解池
2.4 超精密电化学微钠米加工制造系统
2.4.1 仪器的组成及其性能
2.4.2 电化学微加工实验操作步骤
2.5 p-Si 表面电接触点的化学镀镍
2.6 微结构表征方法简介
2.6.1 金相显微镜
2.6.2 扫描电子显微镜（SEM）
2.6.3 原子力显微镜（AFM）
第3章 Si 约束刻蚀机理研究
3.1 前言
3.2 刻蚀剂的遴选
3.3 HNO_3/HF 刻蚀体系对硅刻蚀动力学研究
3.3.1 刻蚀速率的腐蚀失重法测定
3.3.2 塔菲尔曲线的测量和电化学腐蚀速率推算
3.3.3 捕捉剂的筛选
3.3.4 利用 HNO_3/HF/NaOH 体系对 p-Si 进行 CELT 加工的原理
3.4 Br_2/HF 刻蚀体系对 Si 刻蚀动力学研究
3.4.1 捕捉剂的筛选
3.4.2 利用 Br_2/HF/L-胱氨酸体系对 p 型硅进行 CELT 加工原理
3.5 表面活性剂的筛选
3.6 温度对 p-Si 腐蚀速率的影响
3.7 本章小结
第4章 硅约束刻蚀体系的筛选和优化
4.1 前言
4.2 利用 Pt 微圆柱电极对刻蚀体系进行优化
4.2.1 利用 HNO_3/HF/NaOH 体系进行刻蚀加工
4.2.2 利用 Br_2/HF/L-胱氨酸体系进行刻蚀加工
4.3 本章小结
第5章 CELT 技术用于 p-Si 表面三维微结构的复制加工
5.1 前言
5.2 CELT 加工硅基微/纳光学元件需考虑的问题
5.2.1 保持模板电极与硅平行的问题
5.2.2 模板电极与基底微区溶液更新补充问题
5.3 利用约束刻蚀剂层技术在 p 型硅上制作微纳光学元件
5.4 本章小结
第6章 研究工作总结与展望
6.1 本论文工作总结
6.2 后续研究工作展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]微机电系统技术的发展趋势研究[J]. 刘锦. 机电产品开发与创新. 2008(04)
[2]微机电系统的发展及其应用[J]. 林忠华,胡国清,刘文艳,张慧杰. 纳米技术与精密工程. 2004(02)
[3]电化学法合成L-磺基丙氨酸的机理研究[J]. 李非,王西新. 南阳师范学院学报(自然科学版). 2004(03)
[4]微机电系统科学与技术的现状研究[J]. 黄志奇,杜平安,卢凉. 机械设计. 2003(11)
[5]间接电解氧化法合成L-磺基丙氨酸[J]. 赵崇涛,王清萍,林婉珍,陈平. 精细化工. 2003(04)
[6]微机电系统的加工技术及其研究进展[J]. 黄良甫,贾付云. 真空与低温. 2003(01)
[7]微机电系统的进展分析与研究[J]. 刘晓斌. 机械研究与应用. 2002(01)
[8]MEMS概况及发展趋势[J]. 张威,张大成,王阳元. 微纳电子技术. 2002(01)
[9]用规整膜板对砷化镓的三维微结构图形加工刻蚀[J]. 黄海苟,孙建军,叶雄英,蒋利民,罗瑾,卢泽生,董申,田中群,周兆英,田昭武. 电化学. 2000(03)
[10]半导体激光器出射光束的折射微透镜准直[J]. 张新宇,汤庆乐,张智,易新建. 华中理工大学学报. 2000(07)
博士论文
[1]用于半导体和金属表面三维微/纳结构制备的新型电化学加工方法及其应用[D]. 张力.厦门大学 2008
[2]约束刻蚀剂层技术（CELT）用于金属材料表面复杂三维微结构的加工研究[D]. 蒋利民.厦门大学 2007
硕士论文
[1]新型电化学三维微纳米结构加工研究[D]. 杜裕杰.南昌航空大学 2013
[2]纳米热压印设备与试验研究[D]. 胡晓峰.华中科技大学 2005
[3]约束刻蚀剂层技术用于砷化镓三维规整细微图形的复制加工[D]. 黄海苟.厦门大学 2001
本文编号：3275960
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
第1章 绪论
1.1 微系统的简介
1.2 现代微细加工技术
1.2.1 微细加工技术分类
1.2.2 LIGA 技术
1.2.3 体硅微加工技术
1.2.4 硅表面微机械加工技术
1.2.5 微接触印刷技术
1.2.6 固相键合技术
1.2.7 3D 电化学微加工
1.2.8 EFAB 技术
1.2.9 扫描电化学显微镜（SECM）技术
1.2.10 扫描探针显微镜技术（SPM）
1.2.11 电化学湿印章技术
1.3 约束刻蚀剂层技术（CELT）
1.3.1 当前三维微加工方法的局限性
1.3.2 约束刻蚀剂层技术简介
1.3.3 约束刻蚀剂层技术的原理及其优点
1.4 本论文的目标与设想
第2章 实验部分
2.1 实验材料与试剂
2.1.1 实验所用化学试剂
2.1.2 被加工基底材料
2.1.3 其他实验装置以及实验材料
2.2 工作电极的制作
2.2.1 Pt 微圆柱电极
2.2.2 PMMA/Ti/Pt 模板电极
2.2.3 Pt 微圆柱电极与 PMMA/Ti/Pt 模板电极的比较
2.3 电解池
2.4 超精密电化学微钠米加工制造系统
2.4.1 仪器的组成及其性能
2.4.2 电化学微加工实验操作步骤
2.5 p-Si 表面电接触点的化学镀镍
2.6 微结构表征方法简介
2.6.1 金相显微镜
2.6.2 扫描电子显微镜（SEM）
2.6.3 原子力显微镜（AFM）
第3章 Si 约束刻蚀机理研究
3.1 前言
3.2 刻蚀剂的遴选
3.3 HNO_3/HF 刻蚀体系对硅刻蚀动力学研究
3.3.1 刻蚀速率的腐蚀失重法测定
3.3.2 塔菲尔曲线的测量和电化学腐蚀速率推算
3.3.3 捕捉剂的筛选
3.3.4 利用 HNO_3/HF/NaOH 体系对 p-Si 进行 CELT 加工的原理
3.4 Br_2/HF 刻蚀体系对 Si 刻蚀动力学研究
3.4.1 捕捉剂的筛选
3.4.2 利用 Br_2/HF/L-胱氨酸体系对 p 型硅进行 CELT 加工原理
3.5 表面活性剂的筛选
3.6 温度对 p-Si 腐蚀速率的影响
3.7 本章小结
第4章 硅约束刻蚀体系的筛选和优化
4.1 前言
4.2 利用 Pt 微圆柱电极对刻蚀体系进行优化
4.2.1 利用 HNO_3/HF/NaOH 体系进行刻蚀加工
4.2.2 利用 Br_2/HF/L-胱氨酸体系进行刻蚀加工
4.3 本章小结
第5章 CELT 技术用于 p-Si 表面三维微结构的复制加工
5.1 前言
5.2 CELT 加工硅基微/纳光学元件需考虑的问题
5.2.1 保持模板电极与硅平行的问题
5.2.2 模板电极与基底微区溶液更新补充问题
5.3 利用约束刻蚀剂层技术在 p 型硅上制作微纳光学元件
5.4 本章小结
第6章 研究工作总结与展望
6.1 本论文工作总结
6.2 后续研究工作展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]微机电系统技术的发展趋势研究[J]. 刘锦. 机电产品开发与创新. 2008(04)
[2]微机电系统的发展及其应用[J]. 林忠华,胡国清,刘文艳,张慧杰. 纳米技术与精密工程. 2004(02)
[3]电化学法合成L-磺基丙氨酸的机理研究[J]. 李非,王西新. 南阳师范学院学报(自然科学版). 2004(03)
[4]微机电系统科学与技术的现状研究[J]. 黄志奇,杜平安,卢凉. 机械设计. 2003(11)
[5]间接电解氧化法合成L-磺基丙氨酸[J]. 赵崇涛,王清萍,林婉珍,陈平. 精细化工. 2003(04)
[6]微机电系统的加工技术及其研究进展[J]. 黄良甫,贾付云. 真空与低温. 2003(01)
[7]微机电系统的进展分析与研究[J]. 刘晓斌. 机械研究与应用. 2002(01)
[8]MEMS概况及发展趋势[J]. 张威,张大成,王阳元. 微纳电子技术. 2002(01)
[9]用规整膜板对砷化镓的三维微结构图形加工刻蚀[J]. 黄海苟,孙建军,叶雄英,蒋利民,罗瑾,卢泽生,董申,田中群,周兆英,田昭武. 电化学. 2000(03)
[10]半导体激光器出射光束的折射微透镜准直[J]. 张新宇,汤庆乐,张智,易新建. 华中理工大学学报. 2000(07)
博士论文
[1]用于半导体和金属表面三维微/纳结构制备的新型电化学加工方法及其应用[D]. 张力.厦门大学 2008
[2]约束刻蚀剂层技术（CELT）用于金属材料表面复杂三维微结构的加工研究[D]. 蒋利民.厦门大学 2007
硕士论文
[1]新型电化学三维微纳米结构加工研究[D]. 杜裕杰.南昌航空大学 2013
[2]纳米热压印设备与试验研究[D]. 胡晓峰.华中科技大学 2005
[3]约束刻蚀剂层技术用于砷化镓三维规整细微图形的复制加工[D]. 黄海苟.厦门大学 2001
本文编号：3275960
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/3275960.html
