静电键合用微晶玻璃的研究

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半导体硅与玻璃的静电键合技术是微电子机械系统(MEMS)的关键技术,而作为关键材料之一的静电键合玻璃有着广阔的工业应用前景。国内外主要用Pyrex玻璃及SD-2玻璃作为与硅基片封装的静电键合材料。但这两种玻璃不但具有较慢的蚀刻速度,而且由于其具有较高的室温电阻率使得在封装时所需要的温度和电压均较高,从而给封装工艺带来困难。 本文以Li2O-Al2O3-SiO2系统硅酸盐微晶玻璃为研究对象,目的是开发新型微晶玻璃材料以代替现有的静电键合封接用玻璃。在选择合适的基础玻璃组成、碱金属氧化物以及晶核剂的基础上,利用传统熔体冷却法而制得了该系统基础玻璃。利用差热分析(DTA)确定了基础玻璃的核化与晶化温度制度,研究了玻璃组成与DTA曲线的关系。采用不同的热处理制度将基础玻璃进行热处理,并通过X-ray衍射分析、扫描电子显微镜以及红外吸收光谱等分析及理化性能测试,研究了玻璃组成、结构和性能三者的关系,探明了这三者之间的相关性,从组成与结构的角度,为静电键合用微晶玻璃性能的改进找到了理论根据以及实用技术。并采用对比分析方法,具体研究了该微晶玻璃在不同热处理条件下的热学、力学和电学性能。在此基础上将该微晶玻璃的制备工艺加以优化,制备了一种基本符合要求的微晶玻璃材料。结果表明:该微晶玻璃外观透明,硬度及强度均高于基础玻璃,具有较低的室温电阻率,热膨胀系数与硅片相近,可用作微电子机械系统的静电键合封装材料。
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