用于声表面波器件制备的激光直写光刻工艺研究

发布时间：2017-03-18 19:00

  本文关键词：用于声表面波器件制备的激光直写光刻工艺研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：声表面波(surface acoustic wave,简称SAW)是一种沿着压电材料表面产生和传播的弹性波,在电子信息传播、血细胞分离、化学试剂驱动等领域的应用都非常广泛。SAW在片上实验室(lab-on-a-chip)的应用,尤其是在生物医学方面应用SAW驱动液滴的研究已然成为未来主流趋势。铌酸锂晶体(LiNbO3,LN)良好的机电耦合系数和温度系数使它成为制作SAW器件的理想基底材料。叉指换能器(Interdigital Transducer,简称IDT)是SAW器件的核心部件,在LN晶体表面制作IDT能够有效地激励声表面波,声表面波沿着LN表面进行传播,遇到液体后会产生漏声表面波,对液体产生作用力。本论文中详细论述了以YZ-LiNbO3为基底材料,利用激光直写光刻工艺制作声表面波驱动器的研究。实验方案是:在Li NbO3表面制作单层正性光刻胶,通过激光直写光刻工艺在正光刻胶上光刻出IDT形状的凹槽,然后在具有IDT凹槽图形的光刻胶表面镀金属膜,通过剥离正光刻胶得到叉指换能器,最后实现IDT的电路匹配连接。首先,设计开发了全自动激光直写光刻实验平台,平台由激光光路和计算机控制电路两部分组成。405nm激光光束通过快门、直径1mm的光阑和显微镜照射到步进电机原点,实现了激光的精准传播;利用Visual Basic语言编程,设计步进电机的运动模式、路径和快门的运行状态,实现了计算机程序全自动控制IDT图形光刻。通过实验探索和优化,得到光刻线条宽度5μm—70μm的IDT图形的最佳参数:双面抛光YZ-LiNbO3、光刻胶旋涂速度1600—3000r/min、干燥温度75℃、干燥时间25min、光刻速度400—800p/s、光强5—40μW、离焦10°—120°、不同光强对应的显影时间等。其次是电极制作部分,通过真空蒸镀技术、磁控溅射技术和离子溅射技术在光刻胶-LiNb O3表面镀金、铝等金属薄膜制作IDT电极。实验首次提出倒置光刻胶-LiNb O3方法进行激光直写光刻,创新地探索出单层光刻胶截面上窄下宽的梯形凹槽结构,这种凹槽结构对剥离工艺起着至关重要的作用,经过超声辅助剥离后得到IDT。通过研究真空离子溅射和真空磁控溅射工艺的真空度、溅射时间和溅射温度等参数,制作出良好的IDT。实验最后进行了声表面波驱动器与外电路的阻抗匹配连接,利用激光直写光刻工艺实现了声表面波器件的制作。
【关键词】：声表面波 叉指换能器 激光直写光刻工艺 梯形凹槽结构
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN65;TN305.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 声表面波微驱动器件研究的历史与现状11-13
• 1.2.1 声表面波器件的历史11
• 1.2.2 国内外声表面波微驱动器的研究现状11-13
• 1.3 本文主要研究内容13-16
• 第二章 声表面波驱动器的理论基础16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 声表面波简介16-17
• 2.3 声表面波与压电材料17-23
• 2.3.1 压电材料的压电效应18-20
• 2.3.2 压电材料的选择20-21
• 2.3.3 铌酸锂晶体的压电性质21-23
• 2.4 本章总结23-24
• 第三章 激光直写光刻工艺研究及实验平台设计开发24-40
• 3.1 引言24
• 3.2 激光直写光刻工艺方案研究24-34
• 3.2.1 叉指换能器的参数设计25-26
• 3.2.2 激光直写光刻工艺方案研究26-34
• 3.3 激光直写程控光刻平台设计与开发34-38
• 3.4 本章总结38-40
• 第四章 激光和步进电机对光刻参数的影响40-56
• 4.1 引言40
• 4.2 光刻参数探索40-54
• 4.2.1 程控光刻路线设计40-42
• 4.2.2 激光功率与光刻线宽的关系42-46
• 4.2.3 晶片离焦与光刻线宽的关系46-51
• 4.2.4 光刻胶倒梯形边缘形成51-54
• 4.3 本章总结54-56
• 第五章 叉指电极制作工艺56-66
• 5.1 引言56-57
• 5.2 真空蒸镀工艺制作IDT57
• 5.3 真空磁控溅射工艺制作IDT57-60
• 5.4 真空离子溅射工艺制作IDT60-63
• 5.5 叉指换能器电路连接63-64
• 5.6 本章总结64-66
• 第六章 结论66-68
• 参考文献68-72
• 附录72-84
• 研究生期间所取得的相关科研成果84-86
• 致谢86-87

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