微喷口阵列的TMAH“两步法”制备工艺.pdf

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1、第25卷第2期传感技术学报Vo1．25No．22012年2月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSFeb．2012InvestigationofTMAHforFabricatingMicroNozzleArrayYUXiezheng，YEYinghua，SHENRuiqi(DepartmentofAppliedChemistry，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China)Abstract：Inordertoachieveaneficientandeconomicalbatchproce

2、ssofsiliconnozzlearray，bycarryingoutnumerousexperiments，thispaperstudiedtheTMAH(TetramethylAmmoniumHydroxide)solutionatdifferentcon-centrations，temperature，etchingtimeandtheadditionoftheAP(AmmoniumPersulfate)anditsaddingprocessontheresultsofetching，obtainedanoptimized“two—step”etchingprocess．Thefirs

3、tstepisetchinginlowconcentration，athightemperaturewithahighetchingrate；thesecondstepistolowertheetchingtemperatureandaddAP，andthussurfaceroughnesscanbemodified．Thisprocessissimplewithbettereconomicbenefit，whichhasbeensuccessfullyusedtoproduceahighqualitynozzlearayofsolidpropellantmicrothruster．Keywo

4、rds：MEMS；micronozzlearray；anisotropicetching；TMAH；AP；roughnessEEACC：0170Gdoi：10．3969／j．issn．1004-1699．2012．02．008微喷口阵列的TMAH“两步法”制备工艺术余协正，叶迎华，沈瑞琪(南京理工大学应用化学系，南京210094)摘要：为了高效经济地实现单晶硅喷口阵列的批量加丁，通过大量实验，研究了TMAH溶液在不同浓度、温度、刻蚀时间以及添加剂过硫酸铵的添加量和添加方式等对单品硅刻蚀结果的影响规律，得到了“两步法”的优化刻蚀_丁艺：第1步在低浓度、高温度下进行高速刻蚀；第2步降低刻蚀温度，同

5、时添加过硫酸铵，进行表面修饰，降低粗糙度。该工艺具有操作简便、经济高效的特点，结合该工艺已成功制备出高质量的固体化学微推进器喷口阵列。关键词：MEMS；微喷口阵列：各向异性刻蚀：TMAH；过硫酸铵；粗糙度中图分类号：TN304．052文献标识码：A文章编号：1004—1699(2012)02—0184—04近年来，一些发达国家的科研机构相继提出了火电路．中间燃烧室和顶部喷口层这三部分组成，如“微纳卫星”的概念_lJ。与传统的大卫星相比，这些图1所示。具有类似于拉瓦尔效应的顶部喷口层是“微纳卫星”研制周期短、成本低、功能密度高、应用其核心组件之一．其结构直接影响到整个微推进器范围广、兼容性和扩展

6、性强．还可采用一箭多星发射的做功性能。对于它的加工一般利用(100)晶面的技术、甚至能够实现组网或编队飞行等l2]，引起了单晶硅片在KOH溶液中经各向异性刻蚀而来。为各国极大的重视。为了实现“微纳卫星”高精度的了提高推进剂的利用率．新一代的固体化学微推进轨道保持、姿态调整以及引力补偿等，与之相适应的喷口层各种微推进系统也被开发出来_3I。其中一类基于MEMS(微机电系统)技术的固体化学微推进器具有燃烧室层结构简单，无可动部件，响应快，封装紧凑，容易与其他MEMS器件集成等优势，从各种微推进系统中脱颖而出[固体化学微推进器的经典结构是由Lewis等电路层人设计的，被形象地称为“三明治”结构，由底

7、层点图1“三明治”结构的固体化学微推进器示意图项目来源：航天科技创新基金项目(CASC201105)收稿日期：2011—08—16修改日期：2011—10—13第2期余协正，叶迎华等：微喷口阵列的TMAH“两步法”制备工艺185器将点火电路移到喷口层的背面[6J．如果继续采用耦合等离子体)干法刻蚀，去除部分氮化硅层，裸露KOH溶液进行喷口的刻蚀制备，将会引入干扰电路出1mmx1mm的正方形窗口阵列