磷化铟微纳光学阵列元件的约束刻蚀加工研究
发布时间：2021-12-19 12:15
微机电系统（MEMS）自上个世纪80年代诞生以来,就不断的推动着制造技术向微型化发展。其中利用电化学方法进行微纳米尺度的加工方法,引起了人们的广泛关注。相对于传统的微加工技术,如IC工艺、电子束与离子束加工等,电化学加工方法具有其独特的优势:加工分辨率高、工艺简单、成本低廉、加工表面无残余应力等,使得越来越多的研究者将目光聚集到这一研究领域。磷化铟作为第二代半导体材料,是一种非常重要的光电材料,对其进行微结构加工具有重要意义。本论文围绕约束刻蚀剂层技术在半导体材料磷化铟表面上进行复杂三维微纳结构的复制加工进行研究,并且成功地加工出了具有高分辨率的阵列微光学结构。论文主要工作与结论如下:1、通过元素化学和同类化合物半导体材料之间化学性质的比较探讨,结合电化学测试与腐蚀失重测量,选择了HNO3/HCl及Br2/HCl作为对磷化铟的刻蚀体系。通过循环伏安特性曲线测量与分析对所选体系进行了考察与验证,确定了对应的捕捉剂NaOH与L-胱氨酸。2、利用标准铂圆柱电极对于两种所选体系进行了微孔刻蚀加工研究,通过对刻蚀结果的分析,最终选择Br2/HCl/L-胱氨酸作为磷化铟加工的刻蚀体系;通过系统的刻...
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 微机电系统介绍
1.2 现代微细加工技术
1.2.1 微细加工技术的分类
1.2.2 LIGA技术
1.2.3 硅基MEMS加工技术
1.2.4 微接触印刷技术
1.2.5 EFAB技术（Electrochemical Fabrication的简称）
1.2.6 超短电位脉冲电化学微加工技术
1.2.7 扫描电化学显微镜技术（SECM）
1.2.8 扫描探针显微镜技术（SPM）
1.3 约束刻蚀剂层技术（CELT）
1.3.1 当前微加工方法的总结
1.3.2 约束刻蚀剂层技术简介（CELT）
1.4 本论文的目标及设想
第2章 实验部分
2.1 实验材料以及试剂
2.1.1 实验所用到的化学试剂
2.1.2 被加工材料
2.1.3 其它实验装置以及实验材料
2.2 工作电极的制作
2.2.1 微圆柱电极的制作方法
2.2.2 PMMA/Ti/Pt模板电极的制作
2.2.3 PMMA纳米热压印复制过程
2.2.4 PMMA/Ti/Pt模板电极的制作
2.3 电解池
2.4 超精密电化学微加工系统
2.4.1 仪器的组成及其性能
2.4.2 电化学微加工操作步骤
2.5 磷化铟表面的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 磷化铟的约束刻蚀机理研究
3.1 前言
3.2 刻蚀体系的筛选
3.3 HNO3体系对磷化铟刻蚀动力学研究
3.3.1 刻蚀速率的腐蚀失重法测定
3.3.2 塔菲尔曲线的测量以及电化学腐蚀速率的计算
3.3.3 捕捉剂的筛选
3.3.4 HNO3/HCl/H2O刻蚀的原理
3.4 Br2体系对磷化铟刻蚀动力学研究
3.4.1 Br2相关刻蚀体系的前期筛选
3.4.2 捕捉剂的筛选
3.4.3 利用Br2/HCl/L-胱氨酸体系对N型磷化铟进行CELT加工的原理
3.5 本章小结
第4章 磷化铟刻蚀体系的筛选及优化
4.1 前言
4.2 Pt微圆柱电极的微孔加工实验
4.2.1 HNO3/HCl/NaOH体系的微孔加工实验
4.2.2 利用Br2/HCl/L-胱氨酸体系进行刻蚀加工
4.3 本章小结
第5章 CELT技术用于磷化铟表面三维微结构的复制加工
5.1 前言
5.2 CELT加工过程中需要注意的问题
5.2.1 模板电极与磷化铟间的平行度问题
5.2.2 溶液的补充及更新问题
5.3 利用约束刻蚀剂层技术在N型磷化铟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]基于微接触印刷法的PbS微图案的制备[J]. 刘建平,杨小敏,王雪芳,赵永刚. 材料导报. 2010(06)
[2]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)
[3]约束刻蚀剂层技术对金属铝的微结构加工研究[J]. 蒋利民,黄选民,田中群,田昭武. 高等学校化学学报. 2006(08)
[4]微机电系统的微细加工技术[J]. 孔祥东,张玉林,宋会英,卢文娟. 微纳电子技术. 2004(11)
[5]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)
[6]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)
[7]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)
[8]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)
[9]微米与纳米级加工技术[J]. 朱荻. 航空制造技术. 2002(06)
[10]LIGA技术及其在微驱动器中的应用[J]. 陈刚,张立彬,胥芳. 机电一体化. 2002(03)
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]纳米热压印设备与试验研究[D]. 胡晓峰.华中科技大学 2005
[2]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：3544399
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 微机电系统介绍
1.2 现代微细加工技术
1.2.1 微细加工技术的分类
1.2.2 LIGA技术
1.2.3 硅基MEMS加工技术
1.2.4 微接触印刷技术
1.2.5 EFAB技术（Electrochemical Fabrication的简称）
1.2.6 超短电位脉冲电化学微加工技术
1.2.7 扫描电化学显微镜技术（SECM）
1.2.8 扫描探针显微镜技术（SPM）
1.3 约束刻蚀剂层技术（CELT）
1.3.1 当前微加工方法的总结
1.3.2 约束刻蚀剂层技术简介（CELT）
1.4 本论文的目标及设想
第2章 实验部分
2.1 实验材料以及试剂
2.1.1 实验所用到的化学试剂
2.1.2 被加工材料
2.1.3 其它实验装置以及实验材料
2.2 工作电极的制作
2.2.1 微圆柱电极的制作方法
2.2.2 PMMA/Ti/Pt模板电极的制作
2.2.3 PMMA纳米热压印复制过程
2.2.4 PMMA/Ti/Pt模板电极的制作
2.3 电解池
2.4 超精密电化学微加工系统
2.4.1 仪器的组成及其性能
2.4.2 电化学微加工操作步骤
2.5 磷化铟表面的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 磷化铟的约束刻蚀机理研究
3.1 前言
3.2 刻蚀体系的筛选
3.3 HNO3体系对磷化铟刻蚀动力学研究
3.3.1 刻蚀速率的腐蚀失重法测定
3.3.2 塔菲尔曲线的测量以及电化学腐蚀速率的计算
3.3.3 捕捉剂的筛选
3.3.4 HNO3/HCl/H2O刻蚀的原理
3.4 Br2体系对磷化铟刻蚀动力学研究
3.4.1 Br2相关刻蚀体系的前期筛选
3.4.2 捕捉剂的筛选
3.4.3 利用Br2/HCl/L-胱氨酸体系对N型磷化铟进行CELT加工的原理
3.5 本章小结
第4章 磷化铟刻蚀体系的筛选及优化
4.1 前言
4.2 Pt微圆柱电极的微孔加工实验
4.2.1 HNO3/HCl/NaOH体系的微孔加工实验
4.2.2 利用Br2/HCl/L-胱氨酸体系进行刻蚀加工
4.3 本章小结
第5章 CELT技术用于磷化铟表面三维微结构的复制加工
5.1 前言
5.2 CELT加工过程中需要注意的问题
5.2.1 模板电极与磷化铟间的平行度问题
5.2.2 溶液的补充及更新问题
5.3 利用约束刻蚀剂层技术在N型磷化铟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]基于微接触印刷法的PbS微图案的制备[J]. 刘建平,杨小敏,王雪芳,赵永刚. 材料导报. 2010(06)
[2]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)
[3]约束刻蚀剂层技术对金属铝的微结构加工研究[J]. 蒋利民,黄选民,田中群,田昭武. 高等学校化学学报. 2006(08)
[4]微机电系统的微细加工技术[J]. 孔祥东,张玉林,宋会英,卢文娟. 微纳电子技术. 2004(11)
[5]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)
[6]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)
[7]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)
[8]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)
[9]微米与纳米级加工技术[J]. 朱荻. 航空制造技术. 2002(06)
[10]LIGA技术及其在微驱动器中的应用[J]. 陈刚,张立彬,胥芳. 机电一体化. 2002(03)
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]纳米热压印设备与试验研究[D]. 胡晓峰.华中科技大学 2005
[2]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：3544399
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