飛秒激光濕法刻蝕硅基微納結(jié)構(gòu)

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1、分類號(hào)：TN249單位代碼：10183研究生學(xué)號(hào)：2013512050密級(jí)：公開(kāi)吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）飛秒激光濕法刻蝕硅基微納結(jié)構(gòu)Silicon-basedmicro-nanostructuresfabricatedbyfemtosecondlaserandwetetching作者姓名：馬云程專業(yè)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)研究方向：激光微納加工指導(dǎo)教師：陳岐岱教授培養(yǎng)單位：電子科學(xué)與工程學(xué)院2016年6月――――――――――――――――――――――――――――――――飛秒激光濕法刻蝕硅基微納結(jié)構(gòu)――――――――――――――――――――――――――――――――Silicon-b

2、asedmicro-nanostructuresfabricatedbyfemtosecondlaserandwetetching作者姓名：馬云程專業(yè)名稱：微電子學(xué)與固體電子學(xué)指導(dǎo)教師：陳岐岱教授學(xué)位類別：學(xué)術(shù)碩士答辯日期：2016年5月31日未經(jīng)本論文作者的書(shū)面授權(quán)，化法收存和保管本論文書(shū)面版本、電子版本的任何單位和個(gè)人，均不得對(duì)本論文的全部或部分內(nèi)容進(jìn)行任何形式的復(fù)制、、修改、發(fā)行、出租改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學(xué)術(shù)性使用不在此限）。否則，應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)碩±學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)

3、下，獨(dú)立進(jìn)行研巧工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研巧做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人巧集體，均已在文中明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：馬云程日期：２０１６年６月１日飛秒激光濕法刻蝕硅基微納結(jié)構(gòu)摘要微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是結(jié)合微電子技術(shù)與微加工技術(shù)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，憑借其微型化、集成化、多樣化的顯著優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)等多領(lǐng)域都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值。而MEMS主要加工材料為優(yōu)良的半導(dǎo)體材料硅，因?yàn)楣枋橇己玫膫鞲衅鞑牧希哂欣硐氲膹椥耘c導(dǎo)熱性，并且

4、穩(wěn)定性能極好，適用于多種復(fù)雜環(huán)境，更重要的是硅的半導(dǎo)體特性，易于集成化，迎合了科技發(fā)展的需求。因此，硅基微納結(jié)構(gòu)的制備技術(shù)就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的硅基微納結(jié)構(gòu)制備技術(shù)包括表面微加工技術(shù)、體微加工技術(shù)、LIGA技術(shù)等，但上述技術(shù)的工序較為復(fù)雜，需要多次的淀積犧牲層和刻蝕工藝，并且需要整體布局，靈活性較差。所以我們需要尋求一種簡(jiǎn)便靈活的硅基微納結(jié)構(gòu)制備技術(shù)。飛秒激光微納加工技術(shù)對(duì)于高精度、高分辨率的復(fù)雜三維微納結(jié)構(gòu)的制備有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但由于硅材料對(duì)紫外-可見(jiàn)-近紅外波段的光有很強(qiáng)的吸收，并且存在明顯的反射，所以激光很難進(jìn)入到硅內(nèi)部進(jìn)行直寫(xiě)加工；濕法刻蝕技術(shù)可實(shí)現(xiàn)硅基微納結(jié)構(gòu)的制備，但掩

5、膜的設(shè)計(jì)限制了結(jié)構(gòu)的靈活性，且很難實(shí)現(xiàn)小區(qū)域結(jié)構(gòu)的靈活制備；而飛秒激光濕法刻蝕技術(shù)結(jié)合了二者的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了各自的劣勢(shì)。本文中，我們利用飛秒激光濕法刻蝕技術(shù)成功制備了多種多樣的硅基微納結(jié)構(gòu)。首先通過(guò)高功率飛秒激光振蕩器在硅片上燒蝕出多邊形和雙線圈等二維結(jié)構(gòu)，并對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行了分析；分別選用HF和KOH作為各向同性和各向異性的刻蝕劑對(duì)燒蝕后的硅片做濕法刻蝕處理，發(fā)現(xiàn)飛秒激光燒蝕對(duì)HF和KOH刻蝕分別起到了增強(qiáng)刻蝕和減弱刻蝕的效果，燒蝕的部分在HF刻蝕過(guò)程中被刻蝕掉，而在KOH刻蝕過(guò)程中被保存了下來(lái)。通過(guò)進(jìn)一步的測(cè)試表征證實(shí)了激光燒蝕在硅表面形成了二氧化硅，由于KOH對(duì)硅和二氧化硅

6、有很大的選擇性，所以燒蝕結(jié)構(gòu)在刻蝕過(guò)程中起到了掩膜的作用，有效的防止了其下面的硅被刻蝕。我們利用KOH濕法刻蝕這一特性，適當(dāng)延長(zhǎng)刻蝕時(shí)間，成功制備出三維微納結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)側(cè)向刻蝕效應(yīng)同時(shí)存在，并巧妙利用側(cè)向刻蝕效應(yīng)制備了懸空的圓盤(pán)、螺旋線圈和六邊形等結(jié)構(gòu)。本文提出了一種新的硅基微納結(jié)構(gòu)制備技術(shù)，縮短了工藝的整體時(shí)間，提高了加工效率，并且由于掩膜結(jié)構(gòu)可以在硅片任意位置進(jìn)行制備，極大增加了制備工藝I的靈活性，在MEMS等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：飛秒激光，濕法刻蝕，硅，微納結(jié)構(gòu)IISilicon-basedmicro-nanostructuresfabricatedb

7、yfemtosecondlaserandwetetchingABSTRACTMicro-electromechanicalsystem(MEMS)isanewtechnologywhichcombinesmicroelectronicwithmicromachiningtechnology,itshowsgreatapplicationvalueinthefieldsofindustrial,military,medicalowingtotheadvantagesof