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文檔簡介
1、犧牲層腐蝕技術(shù)是先在硅襯底上生長一層犧牲層,然后再淀積一層結(jié)構(gòu)層,腐蝕掉犧牲層后,得到自由懸空結(jié)構(gòu)單元的一種技術(shù)。它是MEMS技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一,在MEMS器件加工中得到廣泛運用。盡管許多學(xué)者對于氫氟酸腐蝕二氧化硅犧牲層從腐蝕機理、影響犧牲層腐蝕速率的因素、犧牲層腐蝕通量模型等方面進行了詳細地研究,但是還存在以下一些問題:(1)腐蝕模型只能在短時間內(nèi)預(yù)測實驗過程,當腐蝕長度和腐蝕時間增加時,誤差就會越來越大;(2)組合結(jié)構(gòu)的犧牲層腐蝕
2、模型除了上述問題外,還沒有人對其腐蝕前端的形狀和腐蝕速率的變化規(guī)律進行深入研究;(3)犧牲層厚度達到納米量級以后,犧牲層腐蝕模型能否繼續(xù)適用,以及納米量級下影響犧牲層腐蝕速率的因素尚不清楚。 從這些問題出發(fā),對犧牲層腐蝕模型進行深入的研究,發(fā)現(xiàn)腐蝕模型在腐蝕長度較長時誤差較大的原因是把擴散系數(shù)和腐蝕速率常數(shù)當作是常數(shù)。本文把擴散系數(shù)是溫度和腐蝕液濃度的函數(shù)、腐蝕速率常數(shù)是溫度的函數(shù)運用到犧牲層腐蝕模型中,由此得到了犧牲層腐蝕修正
3、模型。以直溝道結(jié)構(gòu)和冒泡結(jié)構(gòu)為例分別進行不同濃度、不同溫度下和不同腐蝕孔半徑(對于冒泡結(jié)構(gòu))的腐蝕實驗。實驗表明,修正模型能夠長時間準確預(yù)測腐蝕過程。這就解決了以往模型在腐蝕長度較大時誤差較大的問題。 對于組合溝道結(jié)構(gòu),建立了新的腐蝕前端形狀的數(shù)學(xué)模型。在這個模型中,對于窄到寬結(jié)構(gòu),腐蝕前端進入寬溝道后,其形狀為一條圓弧;對于寬到窄結(jié)構(gòu),腐蝕前端進入到窄溝道后,其形狀仍然保持為一條直線。這種數(shù)學(xué)模型能夠準確描述腐蝕前端的變化過程
4、,并且和實驗結(jié)果吻合得較好。此外,對窄到寬和寬到窄兩種組合溝道結(jié)構(gòu)的腐蝕速率變化規(guī)律進行了詳細地研究。對于窄到寬的組合溝道結(jié)構(gòu),當腐蝕前端到達兩條溝道的交界處時,腐蝕前端面積首先經(jīng)過一個快速增大過程,這一過程中腐蝕速率快速下降;隨后腐蝕前端面積將經(jīng)歷一個緩慢增大過程,導(dǎo)致腐蝕速率進一步下降,但下降速度比前一過程??;當腐蝕前端碰到寬溝道兩個側(cè)壁時,腐蝕前端面積達到最大值,腐蝕速率達到一個極小值;此后腐蝕前端面積開始減小,直至等于寬溝道的橫
5、截面積,腐蝕速率則逐漸上升,但是同時由于存在擴散限制效應(yīng)使得腐蝕速率下降,所以腐蝕速率會出現(xiàn)一個極大值;此后腐蝕速率由于擴散限制的影響逐漸下降。對于寬到窄的組合溝道結(jié)構(gòu),當腐蝕前端到達兩條溝道的交界處時,由于腐蝕前端面積突然下降會導(dǎo)致腐蝕速率突然上升。此后由于擴散限制效應(yīng),腐蝕速率一直下降。 文中還對厚度為數(shù)十納米的犧牲層腐蝕特性進行了研究。研究表明,上述犧牲層腐蝕模型在納米厚度下和實驗結(jié)果有較大偏差。通過對犧牲層腐蝕機理的定性
6、分析,提出了產(chǎn)生這種偏差的原因是納米厚度下腐蝕液的擴散系數(shù)已經(jīng)發(fā)生了變化,通過仿真擬合,初步得到納本論文受國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(批準號:2003AA404012,2005AA404240)、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項目(973項目)(批準號:2006CB300405)和國家自然科學(xué)基金(批準號:60476033)資助米溝道中擴散系數(shù)下降的大致程度,并指出了導(dǎo)致擴散系數(shù)發(fā)生變化的可能因素有雙電層效應(yīng)、表面張力和表面粗糙度,以及由這些因素
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