基于硅微通道阵列的传像面板制备技术

来源 :长春理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liyan19821021
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本文基于光纤面板传像原理提出了一种新型传像面板的制作方法。采用光辅助电化学方法制备了硅微通道阵列,并将其作为传像面板的骨架结构。通过氧化工艺在通道内壁制备二氧化硅层做为包层,内部填充高折射率玻璃作为芯料,制备出一种新结构的传像器件。这种基于硅微通道阵列的传像面板因为不受光横向弥散的影响可以有较高的分辨率。研究了光纤面板的传像原理,分析了传统光纤传像器件单丝的芯料和包层的几何尺寸对器件分辨率和填充率的影响。研究了基于硅微通道阵列的传像面板中周期和孔径对填充系数和分辨率的影响,并与传统光纤面板进行了对比分析。分析结果表明:在单丝宽度及吸收层厚度都相同的时候,基于硅微通道阵列的传像面板填充率较传统光纤面板高;在丝径相同的时候,两者分辨率差别不大。研究了芯料材料折射率对数值孔径的影响,调研了玻璃材料的相关参数。通过对比分析根据数值孔径公式计算,最终选择了P-SF68玻璃作为芯料。研究了光辅助电化学制备硅微通道阵列时相关参数对实验结果的影响。研究结果表明:当使用的电解液中HF浓度较大或较低时,对实验均有不利的影响。电解液中HF浓度过高容易侧蚀,电解液中HF浓度较低时腐蚀速度过慢。通过分析实验现象,选择含有4wt%浓度的HF作为光辅助电化学制备硅微通道阵列的电解液。研究了含不同表面活性剂电解液对光辅助电化学的影响。研究结果表明:使用不同种类的表面活性剂,腐蚀速度不同。阳离子表面活性剂会加快腐蚀速度,阴离子表面活性剂会减小腐蚀速度。研究了温度对光辅助电化学的影响,温度对腐蚀速率和形貌都有影响。研究了光谱响应对光辅助电化学的影响,光谱响应随波长增加,其根本原因是随着光波长的增加,光在硅中的穿深也增加。根据研究结果选择合适的实验条件,制备出周期10μm,长度200μm的硅微通道阵列。研究了硅微通道阵列整形工艺,研究了溶液浓度和温度对整形结果的影响。研究表明硅各向异性腐蚀过程中不同晶向的腐蚀速率比是影响整形结果的根本原因。当(100)晶向腐蚀速率V(100)和(110)晶向腐蚀速率V(110)的比>√2时可获得开口形状为正方形的硅微通道阵列,此时开口比可做到最大。经过腐蚀制备出开口面积比大于80%、壁厚小于1μm的硅微通道阵列。研究了硅微通道阵列氧化时间对氧化层厚度的影响,采取4h的干氧氧化,最终制备出厚度为325nm的二氧化硅层。分析了硅微通道阵列填充原理,研究了温度对填充率的影响、温度对玻璃析晶的影响和降温速率对微裂纹的影响。研究表明:温度由室温(23℃)经过2h内升温800℃,恒温4h,降温速率为6℃/h时可将P-SF68玻璃完全填充至微通道阵列中。搭建了测试平台,对制备的传像面板样品性能进行了测试。测量了制备的传像面板样品的分辨率和气密性。使用标准美军标鉴别率板进行分辨率测试,结果表明所制备的传像面板样品分辨率可达到57lp/mm。使用普发ASM 340检漏仪,通过氦罩法对制备的样品气密性进行测试,该样品漏率为4.2×10-7Pa·m3/s。
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