微电子机械系统中重要材料—多孔硅的制备和应用的研究

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微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System,简称MEMS)诞生于20世纪90年代,在过去的20年中得到了飞速的发展。微机械结构的制作和加工技术是MEMS研究中的热点之一。多孔硅作为近年来在MEMS领域中新兴起的一种重要的材料,在MEMS功能结构层和牺牲层的制作中体现出其他材料无可比拟的优势 。本论文主要针对多孔硅在MEMS中的应用,开展了以下几方面的研究工作: 多孔硅材料的制备研究:采用四种方法制备多孔硅,其中重点是双槽电化学腐蚀方法。分别研究了硅片类型、阳极氧化时间、腐蚀电流密度这三个影响多孔硅性质的主要因素对多孔硅形貌和性能(孔径、孔隙率、多孔层深度)的控制规律,为以后利用多孔硅制作功能结构层和牺牲层打下基础。在四种制备方法中,双槽电化学腐蚀法制备的多孔硅孔径尺寸最小、孔隙率最大、孔的均匀性最好,多孔层表面也相对最为平坦。此方法可制备纳米级多孔硅。P+<100>凸杵?0mA/cm2的腐蚀电流密度下阳极氧化30分钟,制得多孔硅孔径为5nm。多孔硅作为MEMS的功能结构层——绝热层的研究。多孔硅低热导率,大内表面积的性质正好符合热敏系统中对绝热层高温度变化敏感度和低热损耗的要求。本论文把多孔硅与单晶硅做对比,主要研究了相同受热条件下,两种材料导热性能的不同。实验证明,多孔硅的绝热性能比单晶硅要好,且孔隙率越高的多孔硅绝热性越好。多孔硅作为MEMS牺牲层的研究。牺牲层是多孔硅在MEMS中的另一项重要应用。本论文采用电化学方法制备而成的几十至几百微米厚的多孔硅层做牺牲层,用真空蒸发或溅射的方法在其表面淀积几微米厚的铜膜,最后用弱KOH和乙醇的混合溶液去除多孔硅牺牲层,释放结构层,制作出简单的微结构。
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