α-石英作為一種壓電材料,其各向異性腐蝕是MEMS材料加工工藝的重要組成部分。石英的各向異性腐蝕特性復(fù)雜,速率極大值和極小值重復(fù)出現(xiàn),石英各向異性刻蝕的結(jié)構(gòu)、掩模尺寸的大小、掩模的方向都直接影響著刻蝕的最終形貌。本文結(jié)合水平集方法（Level Set Method）,探究了掩模對(duì)刻蝕的影響,主要內(nèi)容如下:1)實(shí)驗(yàn)獲得了石英各向異性濕法刻蝕的全空間速率。根據(jù)平面波理論,利用石英各向異性濕法刻蝕的全空間速率,探討了速率曲線和各向異性腐蝕特性的內(nèi)在聯(lián)系,給出了特征晶面在刻蝕速率正向極值條件下的變化規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出用于簡(jiǎn)單二維形貌預(yù)測(cè)的特征值法。2)開(kāi)發(fā)出用于AT,BT切向石英刻蝕模擬的水平集方法。通過(guò)石英各向異性濕法刻蝕系統(tǒng),可以獲得石英濕法刻蝕模擬形貌,并且通過(guò)模擬結(jié)果,指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。同時(shí),將石英各向異性濕法刻蝕系統(tǒng)拓展到不同切向的石英晶片中,拓展系統(tǒng)的適應(yīng)程度。3)通過(guò)石英長(zhǎng)矩形凹槽和凹槽、凸臺(tái)的組合圖形的刻蝕,研究AT-cut和BT-cut石英晶片的各向異性腐蝕特性。以AT-cut石英晶片為例,利用Level Set方法,幫助分析其雙面刻蝕特性,包括厚度與最小開(kāi)口尺寸之間的關(guān)系,上... 

【文章來(lái)源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：84 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

MEMS微加工的兩種類型

（a）蒙特卡洛方法的原子排布模型[17]（b）元胞自動(dòng)機(jī)的臨近元胞狀態(tài)模型圖 1-3 蒙特卡洛模型和元胞自動(dòng)機(jī)模型幾何方法與原子方法的思路有所區(qū)別。在幾何方法中，所加工材料表面的真實(shí)結(jié)被忽略，從而想象成理想平面。對(duì)于理想平面，只關(guān)注形成各個(gè)面的具體特征：首對(duì)于晶體的初始形狀進(jìn)行假設(shè)，認(rèn)為其是由有限尺寸的面單元組成的。而每個(gè)單元在與其垂直的法向上，都有一個(gè)速率 v。每個(gè)表面單元的數(shù)學(xué)平面沿著它的法線方向朝著晶體材料內(nèi)部移動(dòng)一段距離 v·t(刻蝕 t 時(shí)間后的刻蝕距離)，最終晶體刻蝕形狀由叉晶面部分構(gòu)成[20]。Wulff-Jaccodine 方法[21]、慢率規(guī)則[22]和 E 形狀規(guī)則[23]，本文又出特征點(diǎn)法（value point）[24]。在本文中，其重點(diǎn)之一就是將石英刻蝕的全空間速率特性，應(yīng)用于不同的幾何方中。同時(shí)對(duì)比這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)，找到不同場(chǎng)合的 MEMS 設(shè)計(jì)方法。在這些幾何方中，Level Set 方法因其具有通用性、3D 可視性、靈活性等特性，能夠模擬復(fù)雜的刻形貌，是本文中應(yīng)用最多的一種方法。Wullf-Jaccodine 方法是一種基于最小能量原理幾何包絡(luò)方法。而特征點(diǎn)法則是基于 Wullf-Jaccodine 的一種簡(jiǎn)化方法，通過(guò)特征點(diǎn)可以快速找到石英刻蝕的特征晶面的位置，可以用于不是很復(fù)雜的情況下的輔助研

（a）刻蝕速率的截面圖 （b圖 1-5 將速度場(chǎng)在文本所述的石英各向異性腐蝕的水平獲得石英刻蝕的全空間速率，這種方法相比速度場(chǎng)的獲取更快捷，速率大小更為準(zhǔn)確。應(yīng)用在不同的場(chǎng)合中，如不同的微結(jié)構(gòu)，不如圖 1-5（a）所示，在如圖所示的速度著如圖 1-5（b）的方向演化。在此基礎(chǔ)上，本文還搭建了石英濕法刻的各向異性腐蝕的數(shù)據(jù)庫(kù)，2、石英不同晶向4、Level Set 方程穩(wěn)定的有效處理方法。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]各向異性濕法刻蝕z切石英后結(jié)構(gòu)側(cè)壁形貌的預(yù)測(cè)[J]. 謝立強(qiáng),邢建春,王浩旭,董培濤,吳學(xué)忠.  光學(xué)精密工程. 2012(02)
[2]水平集方法中符號(hào)距離函數(shù)快速重構(gòu)[J]. 肖昌炎,趙永明,張素,陳亞珠.  信號(hào)處理. 2003(06)
[3]一種新的水平截集函數(shù)初始化和重新初始化方法——距離函數(shù)光滑法[J]. 張麗飛,楊鴻波,鄒謀炎.  計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用. 2003(10)

碩士論文
[1]石英各向異性濕法刻蝕特性及模擬研究[D]. 蔡鵬鵬.東南大學(xué) 2016
[2]基于偏微分方程的圖像分割[D]. 唐利明.重慶大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3146002