石英目前是微機(jī)電系統(tǒng)重要的研究方向,但其晶面的多樣性以及復(fù)雜的各向異性使得濕法刻蝕結(jié)果難以預(yù)測(cè)。論文通過(guò)石英半球以及不同晶面襯底濕法刻蝕實(shí)驗(yàn)并基于Wulff-Jaccodine法的思想,提出更為簡(jiǎn)單高效的石英刻蝕形貌計(jì)算方法�；诖朔▽�(duì)石英不同晶面刻蝕出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行深入的探索,得到不同晶面各向異性的內(nèi)在規(guī)律,能有效縮減特定微結(jié)構(gòu)的研發(fā)周期,節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本。論文主要內(nèi)容如下:首先,分析了石英晶體結(jié)構(gòu)、刻蝕機(jī)理,以石英半球?yàn)閷?duì)象,通過(guò)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(kù),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(duì)象,通過(guò)在80℃飽和NH₄HF₂溶液中的刻蝕獲得襯底任意轉(zhuǎn)角下的矩形凹槽側(cè)壁結(jié)構(gòu)�；趯�(shí)驗(yàn)數(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(duì)石英任意切型晶面的刻蝕結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)定,并能夠?qū)κ⒉煌行途婵涛g出現(xiàn)特征晶面分布規(guī)律進(jìn)行解釋。再次,對(duì)AT-cut、BT-cut開(kāi)展復(fù)雜結(jié)構(gòu)濕法刻蝕實(shí)驗(yàn),包括凹腔體、凸臺(tái)、微針等結(jié)構(gòu),利用... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

MEMS產(chǎn)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(jì)算方法，傳統(tǒng)的濕法刻蝕工藝對(duì)一個(gè)參數(shù)的調(diào)整就需要很長(zhǎng)的時(shí)間周期，這會(huì)導(dǎo)致成本極大的提高，而目前還沒(méi)有一個(gè)完善的CAD軟件能夠?qū)κ⑷我馇行途娴臐穹ǹ涛g形貌進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，如果依靠Micro-CAD技術(shù)來(lái)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)將會(huì)極大降低成本并縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期[15; 16]1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。因此在對(duì)石英濕法刻蝕規(guī)律研究的基礎(chǔ)上提出可靠且精確的形貌模擬方法是MEMS研究的一個(gè)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(xué)式為SiO2，其單位晶胞中一個(gè)硅原子連接 4 個(gè)氧原子，一個(gè)氧原子由兩個(gè)硅原子共享，結(jié)構(gòu)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(xué)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(wú)對(duì)稱(chēng)性，刻蝕中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)面更為復(fù)雜且無(wú)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(chǔ)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(cè)量石英球表面坐標(biāo)，經(jīng)度從 0°~358°，緯度從-10°~90°共計(jì) 9000 個(gè)點(diǎn)。將處理后得到的石英球速率以經(jīng)緯度每隔 2°插值后存放在一個(gè) 181*49的二維矩陣中，其中行代表所在的經(jīng)度，X 軸方向經(jīng)度為 0°，繞 Z 軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)經(jīng)度從 0°到 360°，列代表緯度，赤道緯度為 0°，北極點(diǎn)緯度為 90°，如圖 2-8 所示。石英半球的坐標(biāo)是以[0001]晶向作為北極點(diǎn)（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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)校正，利用[0001]晶向的三對(duì)稱(chēng)性可獲得三組石英半球速率，對(duì)此三組速率進(jìn)行平均化處理以便精確數(shù)據(jù)，利用 [ 2110]晶向的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性可通過(guò)半球速率的旋轉(zhuǎn)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]混合進(jìn)化算法的Metropolis蒙特卡羅MEMS單晶硅濕法刻蝕工藝模型[J]. 王樹(shù)橋,幸研,田秘,仇曉黎,齊建昌.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2013(05)
[2]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)
[3]多次掩模濕法腐蝕硅微加工過(guò)程的蒙特卡羅仿真[J]. 幸研,朱鵬,倪中華,湯文成.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2009(01)

博士論文
[1]大功率GaN基LED芯片設(shè)計(jì)與制造技術(shù)研究[D]. 周圣軍.上海交通大學(xué) 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(xué) 2016



本文編號(hào)：3349072