可控液滴催化微纳刻蚀加工方法的研究

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1、硕士学位论文可控液滴催化微纳刻蚀加工方法的研究RESEARCHONCONTROLLABLELIQUIDCATALYTICMICRONANOETCHINGPROCESS董朝庆哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP242.3学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文可控液滴催化微纳刻蚀加工方法的研究硕士研究生：董朝庆导师：邓喜军申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.3U.D.C:681.5Dissertationf

2、ortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONCONTROLLABLELIQUIDCATALYTICMICRONANOETCHINGPROCESSCandidate：DongZhaoqingSupervisor：DengXijunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Co

3、nferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在第20届中国科协年会闭幕式上，中国科协发布了12个领域中的60个重大科学问题和重大工程技术难题，其中在先进材料领域中的纳米纤维备受关注。单晶硅纳米线作为一维纳米材料，其优越的机械特性、电光学特性、生化传感特性及热电特性，使其在光学设备、电子设备和生物传感器等方面具有巨大的潜在应用。因此低成本、高效率地制备指定形貌特征的纳米线阵列成为重要的研究热点，本文以国家自然基金“可控液滴催化生长与刻蚀纳米加工方法的研究”（编号：51675141）

4、为基础，主要研究可控液滴催化刻蚀法制备纳米线阵列及加工带有纳米绒毛的微型培养皿和微流道。首先，探究分析银催化刻蚀法制备纳米线阵列中一步法和两步法的刻蚀机理，分别对硅的二、四价溶解模型进行理论分析；同时在对刻蚀溶液的操控中，选择气控微管液滴操控法，基于Young-Laplace方程，建立微管末端、刻蚀液滴和硅基底之间考虑接触角滞后的移动液桥力学模型，理论计算分析出微管末端与硅基底之间液桥力的大小和作用方向。其次，在气控微管液滴操控法的理论研究基础上，结合银催化刻蚀过程的特点和要求，搭建包括气控液滴操控单元、显微视觉成像单元、运动定位单元和并联转角单元在内的可控液滴催

5、化微纳刻蚀加工系统。此外，对基于显微视觉反馈的加工策略及控制方法进行分析，编写轨迹规划界面、检测调控界面和双视成像界面共存的计算机软件，并加入“空载检测”指令来检测微管末端和硅基底之间的距离变化。再次，利用银纳米颗粒作为催化剂对单晶硅进行催化刻蚀实验，制备不同长径比的硅纳米线阵列和改变硅片表面形貌特点。通过实验改变刻蚀条件中的硝酸银浓度、双氧水浓度、刻蚀时间、刻蚀温度及光照等参数，总结分析出各参数对硅纳米线长径比及微纳结构的影响,进而实现形貌控制，最后对刻蚀后的硅片表面进行了反射率测试，实验表明刻蚀后的硅片的表面微纳结构对波长为400~2000nm的光具有显著的减

6、反射效果。最后，利用已搭建的微纳刻蚀加工系统，进行可控液滴催化刻蚀的实验研究。分析可控液滴催化刻蚀的实验机理，通过直写式催化刻蚀和水下催化刻蚀进行加工刻蚀；通过改变应用压强、微管停留时间和微管运动速度参数，总结分析其对点型和线型刻蚀形貌特征的影响；最后根据点型和直线型刻蚀特征制备带有纳米绒毛的微型培养皿和微流道，分析不同刻蚀图案在医学和生物学中的应用。关键词：液滴操控；催化刻蚀；硅纳米线；形貌控制；纳米绒毛-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAttheclosingceremonyofthe20thChinaAssociationforScienc

7、eandTechnologyAnnualConference,theChinaAssociationforScienceandTechnologyreleased60majorscientificissuesandmajorengineeringandtechnicalproblemsin12fields.Amongthem,nano-fibersinthefieldofadvancedmaterialsattractedmuchattention.Asaone-dimensionalnano-material,singlecrystalsiliconnano-w

8、iresw