MEMS中单晶硅的湿法异向腐蚀特性的研究

论文题目: MEMS中单晶硅的湿法异向腐蚀特性的研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料物理与化学

作者: 王涓

导师: 孙岳明

关键词: 微机电系统,微加工技术,单晶硅,各向异性,湿法腐蚀

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 在单晶硅异向腐蚀加工过程中,由于加工过程的复杂性、特殊性使得腐蚀过程中的参数难以控制,导致加工结果与初始设计往往有较大差距。因此,对硅的各向异性腐蚀规律性及腐蚀机理方面的深入研究探讨可大大缩短MEMS微结构的研制周期、提高产品质量,更有利于促进腐蚀过程中的微机自动化控制的实现。本论文中针对MEMS加工工艺及其腐蚀机理的探讨,就是为了透视其异向腐蚀的机理及特性,从而辅助MEMS加工,提高MEMS制造的效率和质量。论文在前人研究的基础上对影响单晶硅异向腐蚀的因素做了全面的剖析;对单晶硅在碱性腐蚀剂中的腐蚀进行了Guassian程序的相关计算;又针对在高浓度腐蚀液中的腐蚀过程提出了扩散控制的模型。本论文的主要研究成果总结如下:①分析了单晶硅在碱性腐蚀剂中异向腐蚀的影响因素,强调了单晶硅物理结构是其异向腐蚀特性的基本的几何基础;系统梳理了化学反应过程中温度、腐蚀剂浓度对单晶硅异向腐蚀的影响,一定程度上解释了单晶硅的异向腐蚀特性、论证了实验现象。②应用目前国际上最先进、精确的量子化学从头计算Guassian程序中的HF(Hatree-Fock)方法,得到了OH-离子在常见的硅单晶低指数面上化学吸附过程的势能面,从而确定了在碱性腐蚀剂中常见的硅单晶低指数面上OH-离子的最佳反应吸附位;在此基础上,计算了反应过程中在各晶面上最佳吸附位的硅原子被单个OH-离子拉离硅表面的难易程度。计算结果表明:硅单晶各低指数面上OH-离子的最佳反应吸附位均为顶位硅原子;各低指数面上最佳吸附位上的原子被拉离的难度依次为Si(111)> Si(100)> Si(110),较好地符合了前人实验中所观察到的实验现象。③基于溶液浓度升高粘度增大以及各低指数晶面腐蚀速率随腐蚀剂浓度增大腐蚀速率减小的前提,提出了在高浓度的碱性腐蚀剂中单晶硅的腐蚀为扩散控制的反应模型。为此作者深入分析了影响溶液扩散系数D的因素,参照手册中查到的KOH溶液在不同浓度、温度下的粘度,依著名的斯托克斯――爱因斯坦(Stockes-Einstein)扩散系数方程作出了较据说服力的D-C和D-T图。最后,将所作出的D-C和D-T图与文献中的各个晶面腐蚀速率之于腐蚀剂浓度、温度图进行了深入的综合对比分析,从一定层面上论证了作者本人所提出的反应过程中解释单晶硅各向异性腐蚀过程腐蚀剂浓度较大时为扩散控制的反应机理模型,并且解释了随温度变化腐蚀速率的变化趋势。对硅的各向异性腐蚀的机理研究具有一定的启发意义。论文中对单晶硅异向腐蚀特性的研究及其腐蚀机理方面所做的初步探讨对MEMS加工过程中的参数控制均有实际的指导意义。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 MEMS 简介

1.1.1 MEMS 的基本特征

1.1.2 MEMS 的理论基础

1.1.3 MEMS 的制造技术

1.1.4 MEMS 的应用

1.2 MEMS 材料和体硅加工工艺

1.2.1 材料

1.2.2 MEMS 体硅加工工艺简介

1.3 课题的背景及意义

1.3.1 国内外体硅工艺的研究现状

1.3.1.1 国外的发展现状

1.3.1.2 国内的发展现状

1.4 当前发展方向和主要问题

1.5 本课题的主要工作

第二章 单晶硅的湿法各向异性化学腐蚀

2.1 单晶硅的异向腐蚀的几何基础

2.1.1 晶面参数简介

2.1.2 单晶硅的微观结构

2.2 单晶硅的各向异性腐蚀

2.2.1 单晶硅的各向异性腐蚀的加工过程

2.2.2 单晶硅湿法异向腐蚀常用腐蚀剂

2.2.3 单晶硅湿法异向腐蚀原理

2.2.4 影响单晶硅异向腐蚀的因素

2.2.4.1 晶向对腐蚀速率的影响

2.2.4.2 反应温度对腐蚀速率的影响

2.2.4.3 腐蚀剂浓度对腐蚀速率的影响

2.2.5 各向异性腐蚀特性小结

2.3 本章小结

第三章 GUASSIAN 程序计算

3.1 GUASSIAN 简介

3.2 由 GUASSIAN 计算程序解释单晶硅的异向腐蚀特性

3.2.1 易进攻位置的界定

3.2.1.1 计算方法

3.2.1.2 表面簇模型

3.2.1.3 计算结果与讨论

3.3.2 易拉脱原子的界定

3.3.2.1 计算方法

3.3.2.2 原子簇模型

3.3.2.3 计算结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 腐蚀过程模型的建立

4.1 解释硅单晶各向异性腐蚀的现有机制

4.2 建立腐蚀机理模型

4.2.1 影响溶液扩散的因素

4.2.2 扩散模型

4.2.2.1 基于溶液中双分子反应的模型

4.2.2.2 结果与讨论

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

图表索引

致谢

发布时间: 2007-06-11

参考文献

• [1].MEMS燃料电池热—机械疲劳测试系统研究[D]. 杨秀玲.大连理工大学2013
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