本文關(guān)鍵詞：氣體壁面射流沖擊下的氣液界面行為特性研究

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【摘要】：浸沒(méi)式光刻中浸沒(méi)液體的有效密封是實(shí)現(xiàn)硅片高效產(chǎn)率的關(guān)鍵技術(shù)。本論文以浸沒(méi)式光刻氣密封工藝為研究背景�；诮䴖](méi)液體氣液界面受氣體壁面射流沖擊束縛作用的氣密封機(jī)理,建立氣流沖擊液膜的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),開(kāi)展氣體壁面射流沖擊作用下氣液界面行為特性的系統(tǒng)性研究。該研究對(duì)于揭露氣密封工藝下的氣液界面行為,優(yōu)化以提高氣液界面穩(wěn)定性為目的的氣密封工藝,最終達(dá)到浸沒(méi)式光刻中浸沒(méi)液體的有效密封具有重要意義。本論文以探索實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和無(wú)量綱歸一化數(shù)據(jù)分析為主要研究手段,結(jié)合數(shù)值仿真技術(shù)和數(shù)字圖像處理方法,開(kāi)展氣流沖擊液膜實(shí)驗(yàn)中受氣體壁面射流沖擊作用下氣液界面行為特性的系統(tǒng)性研究。首先,觀察氣體壁面射流沖擊作用下氣液界面穩(wěn)定狀態(tài)與非穩(wěn)定狀態(tài)的特征現(xiàn)象,探索射流參數(shù)對(duì)氣液界面穩(wěn)定性的影響規(guī)律,揭示氣液界面的失穩(wěn)機(jī)理,提出無(wú)量綱歸一化的氣液界面穩(wěn)定性判據(jù)。其次,觀察基底表面上氣液界面靜態(tài)駐留行為形成圓形干區(qū)域的穩(wěn)態(tài)氣穴現(xiàn)象,分析以干區(qū)域直徑為氣穴特征尺寸的參數(shù)化規(guī)律。建立氣液固界線(xiàn)處的靜態(tài)力學(xué)平衡模型,通過(guò)簡(jiǎn)化得到氣穴特征尺寸與射流參數(shù)之間的無(wú)量綱歸一化表達(dá)形式,總結(jié)無(wú)量綱氣穴特征尺寸與射流參數(shù)之間的歸一化發(fā)展規(guī)律。最后,探索氣液界面極限搖擺行為和表面波傳遞行為與氣體壁面射流沖擊擾動(dòng)強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,揭示表面波傳遞過(guò)程中動(dòng)態(tài)漩渦流動(dòng)規(guī)律,通過(guò)量綱分析給出表面波傳遞頻率與射流參數(shù)之間的無(wú)量綱歸一化統(tǒng)計(jì)結(jié)果。本論文主要研究?jī)?nèi)容具體如下：1.氣液界面的穩(wěn)定特性基于浸沒(méi)液體氣液界面受氣體壁面射流沖擊束縛作用的氣密封機(jī)理,建立氣流沖擊液膜的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。觀察氣體壁面射流沖擊作用下氣液界面穩(wěn)定狀態(tài)與非穩(wěn)定狀態(tài)的特征現(xiàn)象,探索射流參數(shù)對(duì)氣液界面穩(wěn)定性的影響規(guī)律。通過(guò)對(duì)氣液界面極限搖擺形態(tài)和表面波傳遞頻率與射流高度的定性分析,建立射流高度與氣體壁面射流沖擊擾動(dòng)強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)降低射流高度,獲得受氣體壁面射流沖擊擾動(dòng)作用下氣液界面從穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)渡到非穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)失穩(wěn)發(fā)生液滴飛濺的特征現(xiàn)象,揭示高頻表面波傳遞行為觸發(fā)氣液界面產(chǎn)生液滴飛濺的瑞利不穩(wěn)定(Rayleigh instability)失穩(wěn)機(jī)理。獲得以液滴飛濺特征現(xiàn)象為失穩(wěn)依據(jù)的臨界射流高度,提出弗洛德數(shù)(Froude number, Fr)與臨界射流高度之間歸一化倒數(shù)曲線(xiàn)的氣液界面穩(wěn)定性判據(jù)。2.氣液界面靜態(tài)行為特性觀察基底表面上氣液界面靜態(tài)駐留行為形成圓形干區(qū)域的穩(wěn)態(tài)氣穴特征現(xiàn)象,分析以干區(qū)域直徑為氣穴特征尺寸的參數(shù)化規(guī)律。建立氣液固界線(xiàn)處的靜態(tài)力學(xué)平衡模型,并通過(guò)楊氏方程對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化。利用氣流沖擊基底平面產(chǎn)生的無(wú)量綱高斯壓力分布特征,推導(dǎo)出氣穴特征尺寸與射流參數(shù)之間的無(wú)量綱歸一化表達(dá)形式�；谠摕o(wú)量綱歸一化表達(dá)形式,獲得無(wú)量綱氣穴特征尺寸(D/h)與弗洛德數(shù)(Froude number, Fr)和射流孔徑高度比(d/h)之間的歸一化線(xiàn)性發(fā)展規(guī)律。此外,進(jìn)一步獲得歸一化的線(xiàn)性擬合斜率與射流孔徑之間的線(xiàn)性增長(zhǎng)規(guī)律。3.氣液界面動(dòng)態(tài)行為特性探索氣液界面極限搖擺行為和表面波傳遞行為與氣體壁面射流沖擊擾動(dòng)強(qiáng)度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)合數(shù)值仿真技術(shù),揭示表面波傳遞行為過(guò)程中動(dòng)態(tài)漩渦流動(dòng)規(guī)律。總結(jié)表面波傳遞頻率的參數(shù)化規(guī)律,給出表面波傳遞頻率(Frequency)與弗洛德數(shù)(Froude number, Fr)和射流高度孔徑比(h/d)之間衰減自然指數(shù)的無(wú)量綱歸一化發(fā)展規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：浸沒(méi)式光刻 氣密封 氣體壁面射流 氣液界面 液膜 液滴飛濺 弗洛德數(shù) 氣穴 搖擺形態(tài) 表面波
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN305.7
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-15
• 1 緒論15-39
• 1.1 研究背景及意義15-28
• 1.1.1 浸沒(méi)式光刻技術(shù)15-21
• 1.1.2 浸沒(méi)流場(chǎng)中氣液界面失穩(wěn)行為21-27
• 1.1.3 氣密封作用下氣液界面的動(dòng)態(tài)平衡機(jī)理27-28
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀28-37
• 1.2.1 氣流沖擊液池中的氣液界面行為29-32
• 1.2.2 氣流沖擊液膜中的氣液界面行為32-37
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容37-38
• 1.4 本章小結(jié)38-39
• 2 氣液界面的穩(wěn)定特性39-58
• 2.1 實(shí)驗(yàn)研究方法39-44
• 2.1.1 氣流沖擊液膜基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)39-40
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)與功能實(shí)現(xiàn)40-41
• 2.1.3 射流參數(shù)范圍的選取41-44
• 2.2 氣液界面的穩(wěn)定性影響44-49
• 2.2.1 氣液界面穩(wěn)態(tài)行為44-46
• 2.2.2 射流高度對(duì)氣液界面的穩(wěn)定性影響46-49
• 2.3 氣液界面的失穩(wěn)行為49-52
• 2.3.1 液滴飛濺特征現(xiàn)象49-51
• 2.3.2 瑞利不穩(wěn)定性(Rayleigh instability)失穩(wěn)機(jī)理51-52
• 2.4 氣液界面穩(wěn)定性判據(jù)52-57
• 2.4.1 臨界射流高度52-53
• 2.4.2 氣體自由射流的速度分布特征53-54
• 2.4.3 無(wú)量綱參數(shù)的穩(wěn)定性判據(jù)54-57
• 2.5 本章小結(jié)57-58
• 3 氣液界面靜態(tài)行為特性58-79
• 3.1 氣穴特征現(xiàn)象58-59
• 3.2 氣穴特征尺寸的參數(shù)化影響規(guī)律59-69
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析59-62
• 3.2.2 數(shù)值仿真計(jì)算結(jié)果與分析62-69
• 3.3 氣穴靜態(tài)接觸角的參數(shù)化影響規(guī)律69-71
• 3.4 氣液固界線(xiàn)處的力學(xué)平衡71-74
• 3.4.1 氣體壁面射流的流場(chǎng)特性71-73
• 3.4.2 氣液固界線(xiàn)處力學(xué)平衡建立73-74
• 3.5 氣穴特征尺寸的無(wú)量綱歸一化結(jié)果統(tǒng)計(jì)74-78
• 3.5.1 力學(xué)平衡模型的簡(jiǎn)化74
• 3.5.2 無(wú)量綱歸一化結(jié)果統(tǒng)計(jì)74-76
• 3.5.3 結(jié)果擬合與分析76-78
• 3.6 本章小結(jié)78-79
• 4 氣液界面動(dòng)態(tài)行為特性79-104
• 4.1 氣液界面數(shù)字圖像處理79-86
• 4.1.1 數(shù)字圖像處理方法79-81
• 4.1.2 數(shù)字圖像處理流程圖與主要程序說(shuō)明81-86
• 4.2 氣液界面的搖擺行為86-89
• 4.2.1 氣液界面搖擺行為的產(chǎn)生86
• 4.2.2 氣液界面搖擺行為的參數(shù)化影響規(guī)律86-89
• 4.3 表面波傳遞行為89-103
• 4.3.1 表面波產(chǎn)生與傳遞過(guò)程89-90
• 4.3.2 表面波產(chǎn)生與傳遞行為的動(dòng)態(tài)流場(chǎng)變化規(guī)律90-91
• 4.3.3 表面波傳遞頻率的參數(shù)化影響規(guī)律91-100
• 4.3.4 表面波傳遞頻率的無(wú)量綱歸一化結(jié)果統(tǒng)計(jì)100-103
• 4.4 本章小結(jié)103-104
• 5 總結(jié)與展望104-107
• 5.1 論文總結(jié)104-105
• 5.2 研究展望105-107
• 參考文獻(xiàn)107-116
• 攻讀博士期間主要研究成果116

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本文編號(hào)：711833