本文關(guān)鍵詞：基于有限元分析的太赫茲光柵器件微加工研究

  更多相關(guān)文章： 光柵結(jié)構(gòu) 有限元法 光刻工藝 電鑄工藝

【摘要】：太赫茲真空電子器件的結(jié)構(gòu)尺寸縮小至毫米級(jí)、微米級(jí),傳統(tǒng)的精密加工技術(shù)已經(jīng)不能滿足加工精度和表面質(zhì)量的要求。新型加工技術(shù)中,UV-LIGA技術(shù)能滿足該方面的要求,已在真空電子器件制造中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性的實(shí)踐。然而,UV-LIGA工藝仍面臨著很大的難題：光刻膠膠膜的內(nèi)應(yīng)力影響膠膜成型的質(zhì)量,進(jìn)而影響微結(jié)構(gòu)器件的尺寸精度,電鑄過程中表面出現(xiàn)的缺陷和不平整性一直沒有得到很好的解決,這制約著高深寬比全金屬微結(jié)構(gòu)的性能。有限元法能夠用來解決應(yīng)力分析中的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、線性或非線性問題以及熱傳導(dǎo)、流體流動(dòng)和電磁場(chǎng)問題。本文采用有限元法對(duì)UV-LIGA工藝中的膠膜內(nèi)應(yīng)力和電鑄均勻性問題展開了研究。首先對(duì)光刻工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,通過改良旋涂?jī)x的卡盤結(jié)構(gòu),提高了膠層的平整性；使用有限元分析模擬和定量研究工藝過程中的內(nèi)應(yīng)力問題,得到降溫速率對(duì)膠層內(nèi)應(yīng)力影響最大,定量分析當(dāng)降溫速率降至6 ℃/h,內(nèi)應(yīng)力達(dá)到最小,進(jìn)一步降低降溫速率,對(duì)內(nèi)應(yīng)力無明顯影響。并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真結(jié)果,膠層的內(nèi)應(yīng)力得到了很好的抑制。其次對(duì)在電鑄實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的沉積層均勻性差的問題進(jìn)行了理論分析,采用有限元分析軟件對(duì)電鑄槽內(nèi)鑄液的流速分布和電流密度分布進(jìn)行模擬分析。結(jié)果表明：一定的鑄液流動(dòng)有助于鑄液在鑄槽中的均勻分布；陰極附近添加屏蔽擋板可提高電場(chǎng)在陰極表面分布的均勻性。最后利用優(yōu)化后的工藝制作了光柵樣件,對(duì)樣件的槽寬、槽深、表面粗糙度和側(cè)壁傾斜度等進(jìn)行測(cè)量,并通過計(jì)算機(jī)模擬仿真,定量的分析側(cè)壁傾斜度和表面粗糙度對(duì)光柵的色散關(guān)系、等效電阻率和傳輸損耗等高頻性能帶來的影響。
【關(guān)鍵詞】：光柵結(jié)構(gòu) 有限元法 光刻工藝 電鑄工藝
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN105
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 太赫茲真空電子器件及微加工技術(shù)15-16
• 1.2 深反應(yīng)離子刻蝕和UV-LIGA及其在太赫茲器件中的應(yīng)用16-22
• 1.2.1 深反應(yīng)離子刻蝕16-18
• 1.2.2 UV-LIGA工藝18-22
• 1.3 UV-LIGA工藝關(guān)鍵問題22-24
• 1.4 本文的主要內(nèi)容24-25
• 第二章 光刻工藝參數(shù)優(yōu)化25-42
• 2.1 光刻工藝流程25-27
• 2.2 光刻工藝優(yōu)化27-32
• 2.2.1 光刻膠平整性優(yōu)化27-30
• 2.2.2 曝光優(yōu)化30-31
• 2.2.3 膠膜內(nèi)應(yīng)力優(yōu)化31-32
• 2.3 有限元分析32-40
• 2.3.1 有限元技術(shù)簡(jiǎn)介32-33
• 2.3.2 熱應(yīng)力33-34
• 2.3.3 SU-8光刻膠的粘彈性34-36
• 2.3.4 有限元模型的建立及加載36-38
• 2.3.5 模擬結(jié)果分析38-40
• 2.4 光刻工藝參數(shù)優(yōu)化40-41
• 2.5 本章小結(jié)41-42
• 第三章 微電鑄工藝研究42-56
• 3.1 電鑄過程分析及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建42-45
• 3.2 微電鑄流場(chǎng)數(shù)值模擬分析45-49
• 3.2.1 陰極表面的傳質(zhì)過程45-46
• 3.2.2 流場(chǎng)的有限元分析46
• 3.2.3 流體模型的建立46-47
• 3.2.4 流速對(duì)鑄層均勻性的影響47-49
• 3.3 微電鑄電場(chǎng)的數(shù)值模擬分析49-53
• 3.3.1 過電位對(duì)微電鑄反應(yīng)速度的影響49
• 3.3.2 電流密度對(duì)鑄層均勻性的影響49-53
• 3.4 電鑄實(shí)驗(yàn)53
• 3.5 SU-8膠的去除53-55
• 3.6 本章小結(jié)55-56
• 第四章 光柵工藝質(zhì)量評(píng)價(jià)56-65
• 4.1 鑄層的測(cè)量57-60
• 4.1.1 光柵槽寬b和周期S的測(cè)量57
• 4.1.2 光柵深度t的測(cè)量57-59
• 4.1.3 鑄層表面粗糙度和傾斜度的測(cè)量59-60
• 4.2 工藝誤差對(duì)光柵的高頻性能的影響60-63
• 4.2.1 光柵粗糙度對(duì)性能的影響60-61
• 4.2.2 光柵尺寸誤差對(duì)性能的影響61-62
• 4.2.3 鑄層側(cè)壁垂直度誤差對(duì)性能的影響62-63
• 4.3 本章小結(jié)63-65
• 第五章 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 總結(jié)65-66
• 5.2 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1132917