飞秒激光湿法刻蚀硅基微纳结构

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1、分类号：TN249单位代码：10183研究生学号：2013512050密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）飞秒激光湿法刻蚀硅基微纳结构Silicon-basedmicro-nanostructuresfabricatedbyfemtosecondlaserandwetetching作者姓名：马云程专业：微电子学与固体电子学研究方向：激光微纳加工指导教师：陈岐岱教授培养单位：电子科学与工程学院2016年6月――――――――――――――――――――――――――――――――飞秒激光湿法刻蚀硅基微纳结构――――――――――――――――――――――――――――――――Silicon-b

2、asedmicro-nanostructuresfabricatedbyfemtosecondlaserandwetetching作者姓名：马云程专业名称：微电子学与固体电子学指导教师：陈岐岱教授学位类别：学术硕士答辩日期：2016年5月31日未经本论文作者的书面授权，化法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、、修改、发行、出租改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕±学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导

3、下，独立进行研巧工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研巧做出重要贡献的个人巧集体，均已在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：马云程日期：２０１６年６月１日飞秒激光湿法刻蚀硅基微纳结构摘要微机电系统（MEMS）是结合微电子技术与微加工技术发展起来的新技术，凭借其微型化、集成化、多样化的显著优势，在工业、军事、医学等多领域都展现出巨大的应用价值。而MEMS主要加工材料为优良的半导体材料硅，因为硅是良好的传感器材料，具有理想的弹性与导热性，并且

4、稳定性能极好，适用于多种复杂环境，更重要的是硅的半导体特性，易于集成化，迎合了科技发展的需求。因此，硅基微纳结构的制备技术就显得尤为重要。传统的硅基微纳结构制备技术包括表面微加工技术、体微加工技术、LIGA技术等，但上述技术的工序较为复杂，需要多次的淀积牺牲层和刻蚀工艺，并且需要整体布局，灵活性较差。所以我们需要寻求一种简便灵活的硅基微纳结构制备技术。飞秒激光微纳加工技术对于高精度、高分辨率的复杂三维微纳结构的制备有着独特的优势，但由于硅材料对紫外-可见-近红外波段的光有很强的吸收，并且存在明显的反射，所以激光很难进入到硅内部进行直写加工；湿法刻蚀技术可实现硅基微纳结构的制备，但掩

5、膜的设计限制了结构的灵活性，且很难实现小区域结构的灵活制备；而飞秒激光湿法刻蚀技术结合了二者的技术优势，弥补了各自的劣势。本文中，我们利用飞秒激光湿法刻蚀技术成功制备了多种多样的硅基微纳结构。首先通过高功率飞秒激光振荡器在硅片上烧蚀出多边形和双线圈等二维结构，并对得到的结果进行了分析；分别选用HF和KOH作为各向同性和各向异性的刻蚀剂对烧蚀后的硅片做湿法刻蚀处理，发现飞秒激光烧蚀对HF和KOH刻蚀分别起到了增强刻蚀和减弱刻蚀的效果，烧蚀的部分在HF刻蚀过程中被刻蚀掉，而在KOH刻蚀过程中被保存了下来。通过进一步的测试表征证实了激光烧蚀在硅表面形成了二氧化硅，由于KOH对硅和二氧化硅

6、有很大的选择性，所以烧蚀结构在刻蚀过程中起到了掩膜的作用，有效的防止了其下面的硅被刻蚀。我们利用KOH湿法刻蚀这一特性，适当延长刻蚀时间，成功制备出三维微纳结构。在实验过程中，我们发现侧向刻蚀效应同时存在，并巧妙利用侧向刻蚀效应制备了悬空的圆盘、螺旋线圈和六边形等结构。本文提出了一种新的硅基微纳结构制备技术，缩短了工艺的整体时间，提高了加工效率，并且由于掩膜结构可以在硅片任意位置进行制备，极大增加了制备工艺I的灵活性，在MEMS等领域有很大的应用价值。关键词：飞秒激光，湿法刻蚀，硅，微纳结构IISilicon-basedmicro-nanostructuresfabricatedb

7、yfemtosecondlaserandwetetchingABSTRACTMicro-electromechanicalsystem(MEMS)isanewtechnologywhichcombinesmicroelectronicwithmicromachiningtechnology,itshowsgreatapplicationvalueinthefieldsofindustrial,military,medicalowingtotheadvantagesof