多孔硅的制备及其润湿性研究

论文摘要

液/固金属间的润湿和界面反应是材料制备加工中的一种常见和重要的物理化学现象,会对材料性能产生重要影响。本论文选择汞滴与硅基底间的润湿行为作为研究对象,主要开展了以下工作:采用电化学刻蚀的方法,在n型<100>晶向硅基底上制备出条状和柱状有序多孔硅阵列。研究了电解液中氢氟酸浓度、刻蚀电流密度、刻蚀时间等条件对有序多孔硅阵列的深度和表面形貌的影响。在硅基底上制备出了孔壁比较均匀的多孔硅阵列。采用座滴法研究了室温环境中液态金属汞与不同厚度二氧化硅覆盖下的平板硅基底之间的电润湿性能。研究表明:施加电势的初始阶段,随着外加电势强度的增大,金属汞滴与平板硅基底之间的接触角逐渐减小。当外加电压达到临界电压时,会出现接触角饱和现象,然后随电压升高接触角无明显变化。不同厚度介质层覆盖下的平板硅基底的临界电压值不同,随着介质层厚度的增大,临界电压值逐渐增大。介质层越厚,当达到相同接触角时,所需外加电压越大。结合电润湿机理及硅的性能对上述实验现象进行了分析。采用座滴法研究了室温环境中液态金属汞与二氧化硅覆盖下的多孔硅基底之间的电润湿性能。研究表明:在未加电压时,金属汞滴与多孔硅基底之间的表观接触角大于金属汞滴与平板硅基底之间的表观接触角。在电压变化相同的情况下,随着多孔硅深度的增加,接触角的变化会增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 多孔硅简介
• 1.1.1 多孔硅的制备方法
• 1.1.2 多孔硅的形成机理
• 1.1.3 多孔硅的应用
• 1.2 润湿行为研究进展
• 1.2.1 润湿现象
• 1.2.2 理想表面润湿性原理
• 1.2.3 粗糙表面上润湿性原理
• 1.3 润湿行为的研究方法
• 1.3.1 座滴法
• 1.3.2 落置液滴法
• 1.3.3 吊板法
• 1.4 润湿行为在材料工程中的应用与作用
• 1.4.1 润湿行为在金属基复合材料制备中的应用
• 1.4.2 材料连接中的润湿行为
• 1.4.3 涂层的润湿行为
• 1.5 电润湿现象
• 1.6 本文选题意义及主要研究内容
• 第2章 多孔硅制备的实验方法
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.1.1 仪器
• 2.1.2 材料与试剂
• 2.2 硅基片的光刻
• 2.2.1 清洗和生成氧化膜
• 2.2.2 涂胶和前烘
• 2.2.3 曝光和显影
• 2.2.4 坚膜和检查
• 2.3 诱导槽的刻蚀
• 2.3.1 氧化膜与光刻胶的去除
• 2.3.2 诱导槽的刻蚀
• 2.4 硅片的电化学刻蚀
• 第3章 多孔硅制备的工艺研究
• 3.1 条状多孔硅的形成机理
• 3.2 HF 浓度对条状多孔硅形貌影响
• 3.3 电流密度对条状多孔硅形貌的影响
• 3.4 条状多孔硅孔壁分叉现象形成原因
• 3.5 条状多孔硅产生分立小孔原因
• 3.6 柱状多孔硅形貌及分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 汞滴与硅基体之间的介质电润湿行为
• 4.1 实验材料及实验过程
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 Hg 滴与覆盖100nm 二氧化硅膜硅基底之间的润湿行为
• 4.2.2 Hg 滴与覆盖200nm 二氧化硅膜硅基底之间的润湿行为
• 4.2.3 Hg 滴与覆盖650nm 二氧化硅膜硅基底之间的润湿行为
• 4.3 结果分析
• 4.3.1 外加电势对润湿接触角影响及分析
• 4.3.2 接触角饱和现象的原因及分析
• 4.3.3 二氧化硅层厚度对电润湿的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 汞滴与多孔硅基体之间的介质电润湿行为
• 5.1 实验材料及实验过程
• 5.2 实验结果与分析
• 5.2.1 多孔硅空隙对电润湿行为的影响及分析
• 5.2.2 多孔硅深度对电润湿行为的影响
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文