压电微悬臂梁探针的制备工艺研究

摘要

随着微纳米科技的发展，人类需要更有力的工具来实现微纳器件的加工和表征。压电微悬臂梁探针以其优越的自驱动、自感知性能克服了普通探针的缺点，在扫描探针显微镜、隧道传感器、微纳米加工、高密度数据存储中的应用越来越多。本文以压电微悬臂梁探针的制备工艺为研究对象，采用局部压电层的办法解决了压电探针制作中的工艺兼容性问题。
　　 分析比较了(100)硅片和(110)硅片的湿法腐蚀特性。建立(110)硅片腐蚀针尖模具的理论模型，推导掩膜尺寸与针尖高度的计算公式。分别设计倒模具法和湿法腐蚀法制作压电探针的工艺方案，根据实验条件确定使用(100)硅片实现湿法腐蚀制作压电探针。采用局部压电层的办法将湿法腐蚀针尖工艺、溶胶-凝胶法制作压电薄膜工艺以及干法刻蚀释放微悬臂梁工艺进行集成，解决了工艺兼容性问题，制作得到压电探针阵列。
　　 使用微力传感器测试平台对压电探针的弹性常数进行测试，当局部压电层长度为225μm和337.5μm时，弹性常数分别为21.47N/m和41.28N/m，与理论计算值相符。使用制作的探针对光栅样品进行扫描测试，达到较好的图像分辨率。
　　 本文实现了硅针尖、压电薄膜和微悬臂梁工艺的兼容，达到了预期目标，为压电探针在微纳器件加工和表征中的应用打下了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1扫描探针概述

1.1.1纳米技术与微悬臂梁探针

1.1.2扫描探针的工作原理

1.1.3扫描探针的应用

1.2扫描探针的研究现状

1.3常见的探针加工方法

1.4本课题的研究意义与内容

2压电探针设计与制作的理论研究

2.1探针的制作工艺

2.1.1硅晶体结构模型

2.1.2湿法腐蚀理论模型

2.2微悬臂梁的制作工艺

2.2.1湿法腐蚀工艺

2.2.2光刻工艺

2.2.3剥离工艺

2.3压电薄膜的制作工艺

2.4本章小结

3压电探针的设计及制作工艺研究

3.1压电探针的制作工艺流程设计

3.1.1倒模具法制作压电探针

3.1.2湿法腐蚀制作压电探针

3.2压电探针的结构设计

3.2.1局部压电层的设计与仿真研究

3.2.2压电探针弹性常数的计算

3.3压电探针的制作工艺研究

3.3.1压电探针关键工艺研究

3.3.2压电探针制作工艺流程

3.3.3工艺中存在的问题及解决方法

3.4本章小结

4压电探针的测试研究

4.1压电探针弹性常数的测试

4.2探针扫描结果对比

4.3本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢