石英目前是微機電系統(tǒng)重要的研究方向,但其晶面的多樣性以及復雜的各向異性使得濕法刻蝕結果難以預測。論文通過石英半球以及不同晶面襯底濕法刻蝕實驗并基于Wulff-Jaccodine法的思想,提出更為簡單高效的石英刻蝕形貌計算方法�；诖朔▽κ⒉煌婵涛g出現(xiàn)的結構面進行深入的探索,得到不同晶面各向異性的內在規(guī)律,能有效縮減特定微結構的研發(fā)周期,節(jié)約實驗成本。論文主要內容如下:首先,分析了石英晶體結構、刻蝕機理,以石英半球為對象,通過在五種不同刻蝕環(huán)境下的濕法刻蝕建立石英全晶面刻蝕速率庫,并分析了石英在不同刻蝕環(huán)境中速率變化規(guī)律,為石英濕法刻蝕多種仿真方法提供數(shù)據(jù)支撐。其次,以AT-cut、BT-cut為對象,通過在80℃飽和NH₄HF₂溶液中的刻蝕獲得襯底任意轉角下的矩形凹槽側壁結構�；趯嶒灁�(shù)據(jù)以及石英全晶面刻蝕速率,提出正向曲率極大值法,利用此法能夠快速對石英任意切型晶面的刻蝕結構進行標定,并能夠對石英不同切型晶面刻蝕出現(xiàn)特征晶面分布規(guī)律進行解釋。再次,對AT-cut、BT-cut開展復雜結構濕法刻蝕實驗,包括凹腔體、凸臺、微針等結構,利用... 

【文章來源】：東南大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

MEMS產品[5]

圖 1-4 石英不同晶面刻蝕形貌：（a）Z-cut，（b）AT-cut，（c）BT-cut如果不借助于一些形貌計算方法，傳統(tǒng)的濕法刻蝕工藝對一個參數(shù)的調整就需要很長的時間周期，這會導致成本極大的提高，而目前還沒有一個完善的CAD軟件能夠對石英任意切型晶面的濕法刻蝕形貌進行準確的計算，如果依靠Micro-CAD技術來輔助產品設計將會極大降低成本并縮短產品開發(fā)周期[15; 16]1.2 國內外研究現(xiàn)狀。因此在對石英濕法刻蝕規(guī)律研究的基礎上提出可靠且精確的形貌模擬方法是MEMS研究的一個重要方向。1.2.1 石英各向異性濕法刻蝕研究現(xiàn)狀石英屬于三方晶系氧化物，化學式為SiO2，其單位晶胞中一個硅原子連接 4 個氧原子，一個氧原子由兩個硅原子共享，結構如圖 1-5 所示。石英不同晶面硅、氧原子形成的最小單元不一樣，因而物理化學性能相差很大。相比較于硅，石英刻蝕慢面更多，除了Z-cut晶向外，其余晶向無對稱性，刻蝕中出現(xiàn)的結構面更為復雜且無明顯特征規(guī)律，這使得研究難度增大。

第二章 石英濕法刻蝕基礎及速率變化特征表 2.3 石英半球刻蝕環(huán)境參數(shù)HF:NH4F 60℃70℃ 80℃3：2 140min 120min 95min1：1 — — 95min2：3 — — 95min刻蝕后采用每隔 2°測量石英球表面坐標，經度從 0°~358°，緯度從-10°~90°共計 9000 個點。將處理后得到的石英球速率以經緯度每隔 2°插值后存放在一個 181*49的二維矩陣中，其中行代表所在的經度，X 軸方向經度為 0°，繞 Z 軸逆時針旋轉經度從 0°到 360°，列代表緯度，赤道緯度為 0°，北極點緯度為 90°，如圖 2-8 所示。石英半球的坐標是以[0001]晶向作為北極點（Z 軸）、 [ 2110]晶向作為赤道上 X 軸，主要原因是為了減少誤差以及實驗數(shù)據(jù)校正，利用[0001]晶向的三對稱性可獲得三組石英半球速率，對此三組速率進行平均化處理以便精確數(shù)據(jù)，利用 [ 2110]晶向的旋轉對稱性可通過半球速率的旋轉獲得石英球全球速率，最終刻蝕后石英半球速率云圖如圖 2-9 所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]混合進化算法的Metropolis蒙特卡羅MEMS單晶硅濕法刻蝕工藝模型[J]. 王樹橋,幸研,田秘,仇曉黎,齊建昌.  機械工程學報. 2013(05)
[2]各向異性濕法刻蝕z切石英后結構側壁形貌的預測[J]. 謝立強,邢建春,王浩旭,董培濤,吳學忠.  光學精密工程. 2012(02)
[3]多次掩模濕法腐蝕硅微加工過程的蒙特卡羅仿真[J]. 幸研,朱鵬,倪中華,湯文成.  機械工程學報. 2009(01)

博士論文
[1]大功率GaN基LED芯片設計與制造技術研究[D]. 周圣軍.上海交通大學 2011

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 2016



本文編號：3349072