硅微悬臂梁探针的制备工艺研究

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要随着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

2、、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{4ll}、{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"C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

3、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450／amx50}tm、硅尖纵横比2、高10I_un、尖端曲率半径小于50rim的硅微悬臂梁探针；采用干法刻蚀的方法制备了长宽230¨mx40t．tm、硅尖纵横比1．1、高14I-tm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。关键词：悬臂梁探针；硅尖；扫描探针显微镜；各向异性腐蚀硅微悬臂梁探针的制备工艺研究StudyonFabricat

4、ionofSiliconMicroCantileverProbeAbstractWithMEMSandnanotechnologydeveloping，thecantileverprobewasusedmoreandmoreinSPM，tunnelsensors，micro-nano-processingandhigh—densitydatastorage．Thecurvatureradiusofthemicro—nano-tipandtheperformanceofthecantileverdetermineth

5、esensitivityofthesensors．TheFabricationofsiliconmicrocantileverprobeisregardedastheresearchobjectinthisthesis．Usingsinglecrystalsiliconandcombiningwithwetetchinganddryetchingtechniques，thefabricationproceduresofsiliconmicrocantileverprobearestudied．Inordertofa

6、bricatehighaspectratiollano-silicontips，wetanisotropicetchinganddryetchingtechniquesareusedtoproducesilicontiprespectively．ThecharacteristicsofthetwomethodSarestudied，anddifferent—shapedsilicontipsareproduced．Thetetrahedralsilicontipsofaspectratioabout1．1arema

7、debydryetchingmethod．Differentaspectratiotipsfrom0．52~2．1areformedusingKOHsolution、^，itllanisotropicwetetchingmethod．Theeffectsonsilicontipshapebythesolutionconcentration,additives(IPA)，andmaskdirectionarestudied．Andbasedontheintersectionmodelofcrystalplanes，t

8、hispaperputsforwardtheidentificationmethodforcrystalplanesanddiscussestwocrystalplanes{411)and{331)whichappearintheexperiment．Throughanalyzingtheeffectontherapidetchedcrystalplanes