多孔硅薄膜的制备工艺与微观结构分析

来源 :浙江大学机械与能源工程学院 浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gyquan
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自从19世纪90年代以来,微电子机械系统(MEMS)得到了迅速的发展。现在,MEMS已经成为信息领域最有前途的研究热点之一。可以认为,MEMS技术和微电子技术一样,将会给人类带来巨大的影响,甚至会引发一场新的产业革命。与此同时,多孔硅薄膜优良的机械性能和热学性能逐渐为人们所关注,成为MEMS技术中新兴的绝热层材料和牺牲层材料之一。然而,多孔硅的制备方法和制备参数与其微观结构参数之间的关系,一直是多孔硅薄膜制备工艺中亟待需要探索和解决的问题。本文针对多孔硅薄膜材料的制备和微观参数方面的基本性质以及在MEMS中作为绝热层的应用进行了研究,完成的工作主要有:1、采用双槽电化学阳极腐蚀的方法,在p型重掺杂单晶硅片(晶向为100)基体上制备了多孔硅薄膜。将SiO2和Cr作为多制备孔硅薄膜的掩蔽层;通过改变不同的制备参数(HF浓度、腐蚀电流密度和腐蚀时间)得到不同微观结构的多孔硅薄膜;使用拉曼激光观测仪对多孔硅薄膜的拉曼谱峰位置,进行了观测。2、使用电子天枰测定多孔硅薄膜相关的质量;通过质量差值法计算得到了多孔硅的孔隙率;使用场发射扫描电镜(SEM)和原子力扫描电镜(AFM)对多孔硅的孔径断面和微观裂纹进行了观察,得到孔径尺寸范围为15-35 nm左右;使用纳米探针测量仪对多孔硅的厚度进行了测量,得到多孔硅薄膜厚度范围在40-140μm之间。3、结合多孔硅薄膜的微观观测图,综合分析了HF浓度、腐蚀时间和腐蚀电流密度对多孔硅厚度、孔径大小及孔隙率的影响。得出结论为:HF浓度的增大会使多孔硅的孔径和孔隙率减小;腐蚀电流密度的增大会使多孔硅的孔径、孔隙率以及厚度增大;腐蚀时间的增加,会使多孔硅的厚度呈现先上升后趋于平稳的现象。多孔硅的孔隙率也随腐蚀时间的延长有先增加后降低的趋势。研究了真空中保存的多孔硅薄膜产生的裂纹,得出裂纹是由其内部的毛细应力产生的。结合拉曼谱峰位置图对产生的内应力进行了计算。4、对于多孔硅薄膜的热学性能,使用FLUENT仿真分析软件,对不同制备参数得到的多孔硅薄膜的热学性能,进行了相关的模拟。将多孔硅薄膜与其他材料的热学性能进行了比较。
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