本文關(guān)鍵詞：氣體壁面射流沖擊下的氣液界面行為特性研究

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【摘要】：浸沒式光刻中浸沒液體的有效密封是實現(xiàn)硅片高效產(chǎn)率的關(guān)鍵技術(shù)。本論文以浸沒式光刻氣密封工藝為研究背景�；诮䴖]液體氣液界面受氣體壁面射流沖擊束縛作用的氣密封機理,建立氣流沖擊液膜的基礎(chǔ)實驗,開展氣體壁面射流沖擊作用下氣液界面行為特性的系統(tǒng)性研究。該研究對于揭露氣密封工藝下的氣液界面行為,優(yōu)化以提高氣液界面穩(wěn)定性為目的的氣密封工藝,最終達到浸沒式光刻中浸沒液體的有效密封具有重要意義。本論文以探索實驗現(xiàn)象和無量綱歸一化數(shù)據(jù)分析為主要研究手段,結(jié)合數(shù)值仿真技術(shù)和數(shù)字圖像處理方法,開展氣流沖擊液膜實驗中受氣體壁面射流沖擊作用下氣液界面行為特性的系統(tǒng)性研究。首先,觀察氣體壁面射流沖擊作用下氣液界面穩(wěn)定狀態(tài)與非穩(wěn)定狀態(tài)的特征現(xiàn)象,探索射流參數(shù)對氣液界面穩(wěn)定性的影響規(guī)律,揭示氣液界面的失穩(wěn)機理,提出無量綱歸一化的氣液界面穩(wěn)定性判據(jù)。其次,觀察基底表面上氣液界面靜態(tài)駐留行為形成圓形干區(qū)域的穩(wěn)態(tài)氣穴現(xiàn)象,分析以干區(qū)域直徑為氣穴特征尺寸的參數(shù)化規(guī)律。建立氣液固界線處的靜態(tài)力學(xué)平衡模型,通過簡化得到氣穴特征尺寸與射流參數(shù)之間的無量綱歸一化表達形式,總結(jié)無量綱氣穴特征尺寸與射流參數(shù)之間的歸一化發(fā)展規(guī)律。最后,探索氣液界面極限搖擺行為和表面波傳遞行為與氣體壁面射流沖擊擾動強度的對應(yīng)關(guān)系,揭示表面波傳遞過程中動態(tài)漩渦流動規(guī)律,通過量綱分析給出表面波傳遞頻率與射流參數(shù)之間的無量綱歸一化統(tǒng)計結(jié)果。本論文主要研究內(nèi)容具體如下：1.氣液界面的穩(wěn)定特性基于浸沒液體氣液界面受氣體壁面射流沖擊束縛作用的氣密封機理,建立氣流沖擊液膜的基礎(chǔ)實驗。觀察氣體壁面射流沖擊作用下氣液界面穩(wěn)定狀態(tài)與非穩(wěn)定狀態(tài)的特征現(xiàn)象,探索射流參數(shù)對氣液界面穩(wěn)定性的影響規(guī)律。通過對氣液界面極限搖擺形態(tài)和表面波傳遞頻率與射流高度的定性分析,建立射流高度與氣體壁面射流沖擊擾動強度的對應(yīng)關(guān)系。通過降低射流高度,獲得受氣體壁面射流沖擊擾動作用下氣液界面從穩(wěn)定狀態(tài)過渡到非穩(wěn)定狀態(tài)時失穩(wěn)發(fā)生液滴飛濺的特征現(xiàn)象,揭示高頻表面波傳遞行為觸發(fā)氣液界面產(chǎn)生液滴飛濺的瑞利不穩(wěn)定(Rayleigh instability)失穩(wěn)機理。獲得以液滴飛濺特征現(xiàn)象為失穩(wěn)依據(jù)的臨界射流高度,提出弗洛德數(shù)(Froude number, Fr)與臨界射流高度之間歸一化倒數(shù)曲線的氣液界面穩(wěn)定性判據(jù)。2.氣液界面靜態(tài)行為特性觀察基底表面上氣液界面靜態(tài)駐留行為形成圓形干區(qū)域的穩(wěn)態(tài)氣穴特征現(xiàn)象,分析以干區(qū)域直徑為氣穴特征尺寸的參數(shù)化規(guī)律。建立氣液固界線處的靜態(tài)力學(xué)平衡模型,并通過楊氏方程對其進行簡化。利用氣流沖擊基底平面產(chǎn)生的無量綱高斯壓力分布特征,推導(dǎo)出氣穴特征尺寸與射流參數(shù)之間的無量綱歸一化表達形式。基于該無量綱歸一化表達形式,獲得無量綱氣穴特征尺寸(D/h)與弗洛德數(shù)(Froude number, Fr)和射流孔徑高度比(d/h)之間的歸一化線性發(fā)展規(guī)律。此外,進一步獲得歸一化的線性擬合斜率與射流孔徑之間的線性增長規(guī)律。3.氣液界面動態(tài)行為特性探索氣液界面極限搖擺行為和表面波傳遞行為與氣體壁面射流沖擊擾動強度之間的對應(yīng)關(guān)系。結(jié)合數(shù)值仿真技術(shù),揭示表面波傳遞行為過程中動態(tài)漩渦流動規(guī)律�？偨Y(jié)表面波傳遞頻率的參數(shù)化規(guī)律,給出表面波傳遞頻率(Frequency)與弗洛德數(shù)(Froude number, Fr)和射流高度孔徑比(h/d)之間衰減自然指數(shù)的無量綱歸一化發(fā)展規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：浸沒式光刻 氣密封 氣體壁面射流 氣液界面 液膜 液滴飛濺 弗洛德數(shù) 氣穴 搖擺形態(tài) 表面波
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN305.7
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-15
• 1 緒論15-39
• 1.1 研究背景及意義15-28
• 1.1.1 浸沒式光刻技術(shù)15-21
• 1.1.2 浸沒流場中氣液界面失穩(wěn)行為21-27
• 1.1.3 氣密封作用下氣液界面的動態(tài)平衡機理27-28
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀28-37
• 1.2.1 氣流沖擊液池中的氣液界面行為29-32
• 1.2.2 氣流沖擊液膜中的氣液界面行為32-37
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容37-38
• 1.4 本章小結(jié)38-39
• 2 氣液界面的穩(wěn)定特性39-58
• 2.1 實驗研究方法39-44
• 2.1.1 氣流沖擊液膜基礎(chǔ)實驗設(shè)計39-40
• 2.1.2 實驗裝置的結(jié)構(gòu)與功能實現(xiàn)40-41
• 2.1.3 射流參數(shù)范圍的選取41-44
• 2.2 氣液界面的穩(wěn)定性影響44-49
• 2.2.1 氣液界面穩(wěn)態(tài)行為44-46
• 2.2.2 射流高度對氣液界面的穩(wěn)定性影響46-49
• 2.3 氣液界面的失穩(wěn)行為49-52
• 2.3.1 液滴飛濺特征現(xiàn)象49-51
• 2.3.2 瑞利不穩(wěn)定性(Rayleigh instability)失穩(wěn)機理51-52
• 2.4 氣液界面穩(wěn)定性判據(jù)52-57
• 2.4.1 臨界射流高度52-53
• 2.4.2 氣體自由射流的速度分布特征53-54
• 2.4.3 無量綱參數(shù)的穩(wěn)定性判據(jù)54-57
• 2.5 本章小結(jié)57-58
• 3 氣液界面靜態(tài)行為特性58-79
• 3.1 氣穴特征現(xiàn)象58-59
• 3.2 氣穴特征尺寸的參數(shù)化影響規(guī)律59-69
• 3.2.1 實驗結(jié)果與分析59-62
• 3.2.2 數(shù)值仿真計算結(jié)果與分析62-69
• 3.3 氣穴靜態(tài)接觸角的參數(shù)化影響規(guī)律69-71
• 3.4 氣液固界線處的力學(xué)平衡71-74
• 3.4.1 氣體壁面射流的流場特性71-73
• 3.4.2 氣液固界線處力學(xué)平衡建立73-74
• 3.5 氣穴特征尺寸的無量綱歸一化結(jié)果統(tǒng)計74-78
• 3.5.1 力學(xué)平衡模型的簡化74
• 3.5.2 無量綱歸一化結(jié)果統(tǒng)計74-76
• 3.5.3 結(jié)果擬合與分析76-78
• 3.6 本章小結(jié)78-79
• 4 氣液界面動態(tài)行為特性79-104
• 4.1 氣液界面數(shù)字圖像處理79-86
• 4.1.1 數(shù)字圖像處理方法79-81
• 4.1.2 數(shù)字圖像處理流程圖與主要程序說明81-86
• 4.2 氣液界面的搖擺行為86-89
• 4.2.1 氣液界面搖擺行為的產(chǎn)生86
• 4.2.2 氣液界面搖擺行為的參數(shù)化影響規(guī)律86-89
• 4.3 表面波傳遞行為89-103
• 4.3.1 表面波產(chǎn)生與傳遞過程89-90
• 4.3.2 表面波產(chǎn)生與傳遞行為的動態(tài)流場變化規(guī)律90-91
• 4.3.3 表面波傳遞頻率的參數(shù)化影響規(guī)律91-100
• 4.3.4 表面波傳遞頻率的無量綱歸一化結(jié)果統(tǒng)計100-103
• 4.4 本章小結(jié)103-104
• 5 總結(jié)與展望104-107
• 5.1 論文總結(jié)104-105
• 5.2 研究展望105-107
• 參考文獻107-116
• 攻讀博士期間主要研究成果116

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本文編號：711833