基于离子束刻蚀技术的反台面型MQCM研究

发布时间：2017-08-20 19:48

  本文关键词：基于离子束刻蚀技术的反台面型MQCM研究

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【摘要】：石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance, QCM)是一种厚度剪切振荡模式体波传感器,作为微量称重工具,质量检测精度理论可到10-9g。具有灵敏度高、可靠性好、应用范围广,可实现实时在线监测优势。自上世纪六十年代定量的质量-频移关系诞生到如今,其应用领域已从单一的薄膜厚度测量拓展到物理学、生物学、电化学等领域。目前,获得大谐振频率和高灵敏度QCM尤为重要;因而,本文将介绍一种反台面型(Inverted-mesa)双QCM结构,结合离子束刻蚀、真空蒸发沉积、磁控溅射镀膜、光刻等技术,制作出反台面型QCM,为多用途应用提供相应灵敏度的谐振频率区间。首先,从现有的AT石英晶片体微加工化学刻蚀法、物理刻蚀法中选取离子束刻蚀技术加工反台面结构,研究离子束刻蚀工艺和参数,获得束流密度0.497mA/cm2、离子能量300eV的离子束刻蚀AT切型石英晶体速率为1.0μm/h的结论。由于反台面型QCM的制作方案采用两次曝光,光刻工艺需制作电极曝光对准装置。其次,阐述薄膜制备方法、离子束刻蚀掩膜方法,结合光刻技术详细叙述反台面型QCM的微加工工艺流程。从薄膜制备方法中选取电子束加热蒸发沉积A1膜、磁控溅射镀Au/Cr膜,从离子束刻蚀掩膜方法中选取铝牺牲层粘附式掩膜,结合光刻工艺,制定三种不同微加工方案,完成反台面型QCM的制作。最后,针对谐振频率测量,制作QCM夹持、引线装置,表征反台面型双QCM谐振频率。获得同一片未刻蚀QCM、离子束刻蚀1h的反台面型QCM谐振频率分别为15.657830MHz、15.754025MHz,获得另一组未刻蚀QCM、3h刻蚀QCM谐振频率分别为15.753004MHz、16.258001MHz,得到反台面型双QCM谐振频率工作区间。同时,增加刻蚀时长,由1h增加至4h后对其表征,未获得其谐振频率,根据激光共聚焦扫描图像,推断长时间高能离子轰击导致晶体内部损伤。
【关键词】：反台面型 QCM 离子束刻蚀 微加工 谐振频率
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212;TH715.11
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 石英晶体微天平12-19
• 1.2.1 石英晶体微天平发展12-13
• 1.2.2 石英晶体微天平原理13-16
• 1.2.3 石英晶体微天平的分类及应用16-19
• 1.3 反台面型石英晶体微天平19-20
• 1.3.1 反台面型石英晶体微天平研究现状19-20
• 1.3.2 反台面型石英晶体微天平优势20
• 1.4 论文的目的及主要研究内容20-23
• 1.4.1 研究目的和意义20-21
• 1.4.2 研究内容和技术路线21-23
• 第2章 AT石英反台面制作工艺23-32
• 2.1 AT石英晶体23-24
• 2.2 反台面加工技术24-27
• 2.2.1 化学刻蚀法25
• 2.2.2 物理刻蚀法25-26
• 2.2.3 反台面型刻蚀方法选用26-27
• 2.3 离子束刻蚀工艺27-29
• 2.4 QCM电极曝光对准29-32
• 第3章 反台面型双QCM微加工制作32-49
• 3.1 薄膜制备方法32-36
• 3.1.1 电子束加热蒸发33
• 3.1.2 直流、射频溅射沉积33-34
• 3.1.3 磁控溅射34-35
• 3.1.4 反台面型QCM薄膜制备方法35-36
• 3.2 反台面型QCM粘附式掩膜方法36-38
• 3.3 反台面型双QCM微加工制作工艺38-48
• 3.4 实验小结48-49
• 第4章 反台面型双QCM的表征49-57
• 4.1 谐振频率测量仪49-50
• 4.2 反台面型双QCM夹持、引线装置50-51
• 4.3 反台面型双QCM谐振频率测量结果51-57
• 4.3.1 激光共聚焦扫描51-53
• 4.3.2 谐振频率53-57
• 结论57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果65

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本文编号：708496