硅基微納光學(xué)陣列元件的約束刻蝕加工研究.pdf

1、今天,隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的迅速發(fā)展,微型化、集成化、智能化已成為科學(xué)技術(shù)中最為重要的發(fā)展趨勢(shì)。微系統(tǒng)將成為21世紀(jì)最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一,它將使人類認(rèn)識(shí)世界、改造世界的能力產(chǎn)生巨大的突破。近年來,利用電化學(xué)加工方法進(jìn)行微納米尺度加工作為新興的高新技術(shù),已成為令人矚目的極具潛力的技術(shù)進(jìn)步之一。電化學(xué)微細(xì)加工方法因其具有適用材料范圍廣、加工無(wú)應(yīng)力、表面質(zhì)量高、環(huán)境要求低、分辨率高以及加工成本低等優(yōu)勢(shì),在加工復(fù)雜三維微納結(jié)構(gòu)中具

2、有巨大的潛力。
　　約束刻蝕劑層技術(shù)(CELT),于1992年由田昭武院士首次提出,是一種新型微納米結(jié)構(gòu)加工方法,能同時(shí)具備許多傳統(tǒng)微納加工技術(shù)所無(wú)法達(dá)到的綜合優(yōu)勢(shì):(1)加工分辨率能達(dá)到微納米尺度;(2)能復(fù)制加工真正的復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu);(3)可實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)的批量生產(chǎn)。本論文主要是利用約束刻蝕劑層技術(shù)在半導(dǎo)體材料Si表面進(jìn)行復(fù)雜三維微納結(jié)構(gòu)的復(fù)制加工研究,利用PMMA/Ti/Pt微凸透鏡陣列模板電極成功地在p-Si表面加工出具有亞

3、微米級(jí)分辨率的三維微結(jié)構(gòu)圖案。論文的主要研究結(jié)果如下:
　　1、通過電化學(xué)方法以及腐蝕失重分析等尋找并研究了對(duì)硅進(jìn)行有效刻蝕加工的刻蝕劑及其捕捉劑。論文篩選出了兩種刻蝕體系HNO3/HF和Br2/HF,以及與之對(duì)應(yīng)的捕捉劑NaOH和L-胱氨酸,并對(duì)其刻蝕機(jī)理進(jìn)行了研究,通過循環(huán)伏安特性曲線分析證明了這兩種刻蝕體系是可行的。設(shè)計(jì)在刻蝕體系中添加表面活性劑(十六烷基三甲基溴化銨)以降低硅表面氫氣的附著,從而提高刻蝕分辨率。利用動(dòng)電位極

4、化曲線分析了溫度對(duì)Si刻蝕速率的影響,有限地升高刻蝕體系的溫度有利于Si的刻蝕加工。
　　2、利用Pt微圓柱電極分別對(duì)兩種刻蝕體系進(jìn)行復(fù)制加工實(shí)驗(yàn)研究,優(yōu)化了刻蝕體系及工藝參數(shù),得出了捕捉劑與電生刻蝕劑前驅(qū)體的最優(yōu)濃度配比。通過刻蝕復(fù)制加工實(shí)驗(yàn)最終確定了Br2/HF/L-胱氨酸刻蝕體系的刻蝕加工分辨率(達(dá)到亞微米級(jí),即小于1μm),基本滿足本論文所選微結(jié)構(gòu)的CELT加工要求,可作為最優(yōu)刻蝕體系進(jìn)行本論文的微光學(xué)透鏡陣列的復(fù)制加工。