硅微悬臂梁探针的制备工艺研究

摘要

随着MEMS及纳米科技的进步，悬臂梁探针在扫描探针显微镜、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，微纳米针尖的曲率半径及悬臂梁的性能决定着传感器的灵敏度。本文以硅微悬臂梁探针的制备为研究对象，采用单晶硅材料，结合湿法腐蚀和干法刻蚀的方法制备硅微悬臂梁探针。 首先采用湿法各向异性腐蚀及干法刻蚀的方法制备纳米硅尖，研究了两种方法的特点，制作出不同形状的硅尖。采用干法刻蚀的方法制备出纵横比约为1.1的四面体硅尖。采用KOH溶液各向异性腐蚀单晶硅的方法制备硅尖，研究了腐蚀溶液的浓度、添加剂异丙醇(IPA)、掩模的偏转方向对硅尖形状的影响以及硅尖的锐化方法，制备出纵横比0.52～2.1的硅尖。提出了硅尖晶面的判别方法，讨论了实验中出现的两种硅尖晶面类型{411}和{331}晶面族。通过分析腐蚀溶液的浓度和添加剂对{411}、{331}晶面族腐蚀速度的影响，得到了制备纳米硅尖的工艺参数：在78℃、浓度40％的KOH溶液中腐蚀硅尖，硅尖侧壁由与(100)面夹角为76.37°的{411}晶面组成，经980℃氧化削尖，可以制备出纵横比大于2的纳米硅尖阵列。 设计三种硅微悬臂梁探针的制备工艺方案，选取其中一种方案制备硅悬臂梁探针，并优化掩膜版图及工艺流程。采用湿法各向异性腐蚀单晶硅的方法制备了长宽450μm×50μm、硅尖纵横比2、高10μm、尖端曲率半径小于50nm的硅微悬臂梁探针；采用干法刻蚀的方法制备了长宽230μm×40μm、硅尖纵横比1.1、高14μm的硅微悬臂梁探针。采用两种方法均实现了硅尖和悬臂梁工艺的兼容，达到了预期目标，为硅微悬臂探针在传感器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悬臂梁探针的概述

1.2悬臂梁探针的国内外研究现状

1.3本课题的研究意义及内容

2硅微悬臂梁探针制备的基础理论

2.1微悬臂梁探针相关理论

2.2硅晶体基本理论

2.3硅微机械加工方法

2.4本章小结

3硅尖的制备工艺研究

3.1湿法各向异性腐蚀制备硅尖

3.2干法刻蚀制备硅尖

3.3本章小结

4硅微悬臂梁探针的制备工艺研究

4.1硅微悬臂梁探针的制备工艺方案设计及优化

4.2湿法腐蚀制备硅微悬臂梁探针

4.3干法刻蚀制备硅微悬臂梁探针

4.4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