磷化銦微納光學陣列元件的約束刻蝕加工研究
發(fā)布時間：2021-12-19 12:15
微機電系統(tǒng)（MEMS）自上個世紀80年代誕生以來,就不斷的推動著制造技術向微型化發(fā)展。其中利用電化學方法進行微納米尺度的加工方法,引起了人們的廣泛關注。相對于傳統(tǒng)的微加工技術,如IC工藝、電子束與離子束加工等,電化學加工方法具有其獨特的優(yōu)勢:加工分辨率高、工藝簡單、成本低廉、加工表面無殘余應力等,使得越來越多的研究者將目光聚集到這一研究領域。磷化銦作為第二代半導體材料,是一種非常重要的光電材料,對其進行微結構加工具有重要意義。本論文圍繞約束刻蝕劑層技術在半導體材料磷化銦表面上進行復雜三維微納結構的復制加工進行研究,并且成功地加工出了具有高分辨率的陣列微光學結構。論文主要工作與結論如下:1、通過元素化學和同類化合物半導體材料之間化學性質的比較探討,結合電化學測試與腐蝕失重測量,選擇了HNO3/HCl及Br2/HCl作為對磷化銦的刻蝕體系。通過循環(huán)伏安特性曲線測量與分析對所選體系進行了考察與驗證,確定了對應的捕捉劑NaOH與L-胱氨酸。2、利用標準鉑圓柱電極對于兩種所選體系進行了微孔刻蝕加工研究,通過對刻蝕結果的分析,最終選擇Br2/HCl/L-胱氨酸作為磷化銦加工的刻蝕體系;通過系統(tǒng)的刻...
【文章來源】：南昌航空大學江西省
【文章頁數(shù)】：73 頁
【學位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
1.1 微機電系統(tǒng)介紹
1.2 現(xiàn)代微細加工技術
1.2.1 微細加工技術的分類
1.2.2 LIGA技術
1.2.3 硅基MEMS加工技術
1.2.4 微接觸印刷技術
1.2.5 EFAB技術（Electrochemical Fabrication的簡稱）
1.2.6 超短電位脈沖電化學微加工技術
1.2.7 掃描電化學顯微鏡技術（SECM）
1.2.8 掃描探針顯微鏡技術（SPM）
1.3 約束刻蝕劑層技術（CELT）
1.3.1 當前微加工方法的總結
1.3.2 約束刻蝕劑層技術簡介（CELT）
1.4 本論文的目標及設想
第2章 實驗部分
2.1 實驗材料以及試劑
2.1.1 實驗所用到的化學試劑
2.1.2 被加工材料
2.1.3 其它實驗裝置以及實驗材料
2.2 工作電極的制作
2.2.1 微圓柱電極的制作方法
2.2.2 PMMA/Ti/Pt模板電極的制作
2.2.3 PMMA納米熱壓印復制過程
2.2.4 PMMA/Ti/Pt模板電極的制作
2.3 電解池
2.4 超精密電化學微加工系統(tǒng)
2.4.1 儀器的組成及其性能
2.4.2 電化學微加工操作步驟
2.5 磷化銦表面的電接觸點的化學鍍鎳
2.6 微結構表征方法簡介
2.6.1 金相顯微鏡
2.6.2 掃描電子顯微鏡（SEM）
2.6.3 原子力顯微鏡（AFM）
第3章 磷化銦的約束刻蝕機理研究
3.1 前言
3.2 刻蝕體系的篩選
3.3 HNO3體系對磷化銦刻蝕動力學研究
3.3.1 刻蝕速率的腐蝕失重法測定
3.3.2 塔菲爾曲線的測量以及電化學腐蝕速率的計算
3.3.3 捕捉劑的篩選
3.3.4 HNO3/HCl/H2O刻蝕的原理
3.4 Br2體系對磷化銦刻蝕動力學研究
3.4.1 Br2相關刻蝕體系的前期篩選
3.4.2 捕捉劑的篩選
3.4.3 利用Br2/HCl/L-胱氨酸體系對N型磷化銦進行CELT加工的原理
3.5 本章小結
第4章 磷化銦刻蝕體系的篩選及優(yōu)化
4.1 前言
4.2 Pt微圓柱電極的微孔加工實驗
4.2.1 HNO3/HCl/NaOH體系的微孔加工實驗
4.2.2 利用Br2/HCl/L-胱氨酸體系進行刻蝕加工
4.3 本章小結
第5章 CELT技術用于磷化銦表面三維微結構的復制加工
5.1 前言
5.2 CELT加工過程中需要注意的問題
5.2.1 模板電極與磷化銦間的平行度問題
5.2.2 溶液的補充及更新問題
5.3 利用約束刻蝕劑層技術在N型磷化銦上制作微納光學元件
5.4 本章小結
第6章 研究工作總結與展望
6.1 本論文工作總結
6.2 后續(xù)研究工作展望
參考文獻
致謝
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于微接觸印刷法的PbS微圖案的制備[J]. 劉建平,楊小敏,王雪芳,趙永剛. 材料導報. 2010(06)
[2]微機電系統(tǒng)技術的發(fā)展趨勢研究[J]. 劉錦. 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2008(04)
[3]約束刻蝕劑層技術對金屬鋁的微結構加工研究[J]. 蔣利民,黃選民,田中群,田昭武. 高等學校化學學報. 2006(08)
[4]微機電系統(tǒng)的微細加工技術[J]. 孔祥東,張玉林,宋會英,盧文娟. 微納電子技術. 2004(11)
[5]微機電系統(tǒng)的發(fā)展及其應用[J]. 林忠華,胡國清,劉文艷,張慧杰. 納米技術與精密工程. 2004(02)
[6]微機電系統(tǒng)科學與技術的現(xiàn)狀研究[J]. 黃志奇,杜平安,盧涼. 機械設計. 2003(11)
[7]間接電解氧化法合成L-磺基丙氨酸[J]. 趙崇濤,王清萍,林婉珍,陳平. 精細化工. 2003(04)
[8]微機電系統(tǒng)的加工技術及其研究進展[J]. 黃良甫,賈付云. 真空與低溫. 2003(01)
[9]微米與納米級加工技術[J]. 朱荻. 航空制造技術. 2002(06)
[10]LIGA技術及其在微驅動器中的應用[J]. 陳剛,張立彬,胥芳. 機電一體化. 2002(03)
博士論文
[1]用于半導體和金屬表面三維微/納結構制備的新型電化學加工方法及其應用[D]. 張力.廈門大學 2008
[2]約束刻蝕劑層技術（CELT）用于金屬材料表面復雜三維微結構的加工研究[D]. 蔣利民.廈門大學 2007
碩士論文
[1]納米熱壓印設備與試驗研究[D]. 胡曉峰.華中科技大學 2005
[2]約束刻蝕劑層技術用于砷化鎵三維規(guī)整細微圖形的復制加工[D]. 黃海茍.廈門大學 2001
本文編號：3544399
【文章來源】：南昌航空大學江西省
【文章頁數(shù)】：73 頁
【學位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
1.1 微機電系統(tǒng)介紹
1.2 現(xiàn)代微細加工技術
1.2.1 微細加工技術的分類
1.2.2 LIGA技術
1.2.3 硅基MEMS加工技術
1.2.4 微接觸印刷技術
1.2.5 EFAB技術（Electrochemical Fabrication的簡稱）
1.2.6 超短電位脈沖電化學微加工技術
1.2.7 掃描電化學顯微鏡技術（SECM）
1.2.8 掃描探針顯微鏡技術（SPM）
1.3 約束刻蝕劑層技術（CELT）
1.3.1 當前微加工方法的總結
1.3.2 約束刻蝕劑層技術簡介（CELT）
1.4 本論文的目標及設想
第2章 實驗部分
2.1 實驗材料以及試劑
2.1.1 實驗所用到的化學試劑
2.1.2 被加工材料
2.1.3 其它實驗裝置以及實驗材料
2.2 工作電極的制作
2.2.1 微圓柱電極的制作方法
2.2.2 PMMA/Ti/Pt模板電極的制作
2.2.3 PMMA納米熱壓印復制過程
2.2.4 PMMA/Ti/Pt模板電極的制作
2.3 電解池
2.4 超精密電化學微加工系統(tǒng)
2.4.1 儀器的組成及其性能
2.4.2 電化學微加工操作步驟
2.5 磷化銦表面的電接觸點的化學鍍鎳
2.6 微結構表征方法簡介
2.6.1 金相顯微鏡
2.6.2 掃描電子顯微鏡（SEM）
2.6.3 原子力顯微鏡（AFM）
第3章 磷化銦的約束刻蝕機理研究
3.1 前言
3.2 刻蝕體系的篩選
3.3 HNO3體系對磷化銦刻蝕動力學研究
3.3.1 刻蝕速率的腐蝕失重法測定
3.3.2 塔菲爾曲線的測量以及電化學腐蝕速率的計算
3.3.3 捕捉劑的篩選
3.3.4 HNO3/HCl/H2O刻蝕的原理
3.4 Br2體系對磷化銦刻蝕動力學研究
3.4.1 Br2相關刻蝕體系的前期篩選
3.4.2 捕捉劑的篩選
3.4.3 利用Br2/HCl/L-胱氨酸體系對N型磷化銦進行CELT加工的原理
3.5 本章小結
第4章 磷化銦刻蝕體系的篩選及優(yōu)化
4.1 前言
4.2 Pt微圓柱電極的微孔加工實驗
4.2.1 HNO3/HCl/NaOH體系的微孔加工實驗
4.2.2 利用Br2/HCl/L-胱氨酸體系進行刻蝕加工
4.3 本章小結
第5章 CELT技術用于磷化銦表面三維微結構的復制加工
5.1 前言
5.2 CELT加工過程中需要注意的問題
5.2.1 模板電極與磷化銦間的平行度問題
5.2.2 溶液的補充及更新問題
5.3 利用約束刻蝕劑層技術在N型磷化銦上制作微納光學元件
5.4 本章小結
第6章 研究工作總結與展望
6.1 本論文工作總結
6.2 后續(xù)研究工作展望
參考文獻
致謝
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于微接觸印刷法的PbS微圖案的制備[J]. 劉建平,楊小敏,王雪芳,趙永剛. 材料導報. 2010(06)
[2]微機電系統(tǒng)技術的發(fā)展趨勢研究[J]. 劉錦. 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2008(04)
[3]約束刻蝕劑層技術對金屬鋁的微結構加工研究[J]. 蔣利民,黃選民,田中群,田昭武. 高等學校化學學報. 2006(08)
[4]微機電系統(tǒng)的微細加工技術[J]. 孔祥東,張玉林,宋會英,盧文娟. 微納電子技術. 2004(11)
[5]微機電系統(tǒng)的發(fā)展及其應用[J]. 林忠華,胡國清,劉文艷,張慧杰. 納米技術與精密工程. 2004(02)
[6]微機電系統(tǒng)科學與技術的現(xiàn)狀研究[J]. 黃志奇,杜平安,盧涼. 機械設計. 2003(11)
[7]間接電解氧化法合成L-磺基丙氨酸[J]. 趙崇濤,王清萍,林婉珍,陳平. 精細化工. 2003(04)
[8]微機電系統(tǒng)的加工技術及其研究進展[J]. 黃良甫,賈付云. 真空與低溫. 2003(01)
[9]微米與納米級加工技術[J]. 朱荻. 航空制造技術. 2002(06)
[10]LIGA技術及其在微驅動器中的應用[J]. 陳剛,張立彬,胥芳. 機電一體化. 2002(03)
博士論文
[1]用于半導體和金屬表面三維微/納結構制備的新型電化學加工方法及其應用[D]. 張力.廈門大學 2008
[2]約束刻蝕劑層技術（CELT）用于金屬材料表面復雜三維微結構的加工研究[D]. 蔣利民.廈門大學 2007
碩士論文
[1]納米熱壓印設備與試驗研究[D]. 胡曉峰.華中科技大學 2005
[2]約束刻蝕劑層技術用于砷化鎵三維規(guī)整細微圖形的復制加工[D]. 黃海茍.廈門大學 2001
本文編號：3544399
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