惯性约束聚变靶中硅支撑冷却臂的制备.pdf

《惯性约束聚变靶中硅支撑冷却臂的制备.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第25卷第12期强激光与粒子束Vo1．25，NO．122013年12月HIGHPoWERLASERANDPARTICLEBEAMSDec．，2013文章编号：1001—4322(2013)12—3251—04惯性约束聚变靶中硅支撑冷却臂的制备张继成，罗跃川，马志波。，杨苗，周民杰，李佳，吴卫东，唐永建(1．中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳621900；2．西北工业大学微／纳米系统实验室，西安710072)摘要：论述了基于反应离子深刻蚀技术加工惯性约束聚变(ICF)靶的硅支撑冷却臂。利

2、用扫描电子显微镜、白光干涉仪和视觉显微系统等对所制备的硅支撑冷却臂的形貌、侧壁陡直度和卡爪径向形变量等参数进行了表征分析。分析结果表明，硅支撑冷却臂的侧壁陡直度大于88。，卡爪径向形变量大于2Orn，符合靶的设计要求。关键词：惯性约束聚变靶；硅支撑冷却臂；反应离子深刻蚀中图分类号：TQ177文献标志码：Adoi：10．3788／HPLPB20132512．3251已广泛应用于半导体生产工艺的微细制备技术，如薄膜沉积、光刻和刻蚀技术可以用于制造一些有用的惯性约束聚变(ICF)靶零件。近年来，基于半

3、导体微纳制造工艺研制出了大量的微机电系统(MEMS)器件口]，如压力传感器、加速度计、微流体和微能源器件等，主要采用表面工艺，经薄膜沉积、光刻，以及刻蚀工艺来制备三维结构。表面工艺虽然受限于目标结构的几何尺寸设计，但具有独特的优点：低成本、高产出，在惯性约束聚变靶零件的制备中有广泛应用。基于“Bosch”工艺[2。]的硅各项异性反应离子深刻蚀技术可以制备不同几何结构的器件，且不受硅材料晶向的限制。本文采用反应离子深刻蚀技术制备惯性约束聚变靶零件——硅支撑冷却臂，利用扫描电子显微镜、白光干涉仪等对

4、所制备的硅支撑冷却臂的形貌、侧壁陡直度等参数进行了表征分析。1硅支撑冷却臂的作用激光驱动惯性约束聚变靶l8。中，硅支撑冷却臂的主要作用是把用于产生聚变反应的靶丸精确固定在靶室的中心。硅支撑臂的末端是一个铝套筒，是冷冻系统的一部分，有固定靶腔的作用。硅支撑臂与铝套筒的接触端必须精确地夹紧靶腔，以保持靶腔温度在18K左右。这可以通过对硅支撑臂与铝套筒接头的精密设计达到，围绕在接头端的圆环是一个对称的热传导路径。硅深刻蚀技术可～以用于制备这些复杂的传热路径微结构。硅支撑臂和铝Fig．1Siliconc

5、oolingarmforICFtarget套筒接口处的弹性设计可以补偿将靶从室温冷却到低温图1硅支撑冷却臂的形貌示意图后造成的几何尺寸变化。图1为硅支撑冷却臂的示意图。沿着硅支撑臂长度方向的金属导线是硅冷却臂和铝套筒上的温度传感器和温度调节加热器的信号线。2反应离子深刻蚀的原理反应离子深刻蚀l1(Deep—RIE)主要包括物理轰击和化学刻蚀。物理轰击对化学反应具有明显的辅助作用，可以起到打断化学键、引起晶格损伤、增加附着性、加速反应物脱附、促进基片表面的化学反应，以及去除基片表面非挥发性残留物等

6、作用。化学刻蚀过程包括两个方面：(1)刻蚀气体(一般为氟基气体)通过电感耦合(ICP)的方式进行辉光放电，产生活性游离基、亚稳态活性粒子等；(2)产生的活性粒子与基片固体表面相互作用。ICP刻蚀分为3个阶段：(1)刻蚀物质的吸附；(2)挥发性产物的形成；(3)产物的脱附和抽空。不同器件的制作对刻蚀的要求不同，可根据具体需要调节刻蚀参数：刻蚀速率、刻蚀侧壁角度、刻蚀表面平整度、选择比、侧向钻蚀等，以得到最佳的刻蚀效果。在高深宽比干法刻蚀中使用最多的气体为氟基气体，使用最广泛的方法是在侧壁上淀积一层

7、细密的氟碳聚合物，以减少侧壁自发的化学腐蚀，Bosch技术就是基于这一原理提出的。其关键是采用刻蚀与聚合物淀积*收稿日期：2013-07—22；修订日期：2013一O8—2O基金项目：国家自然科学基金项目(60908023)；四川I省非金属复合与功能材料重点实验室开放基金项目(1lzxfkl9，10zxfk34)作者简介：张继成(1976～)，男，博士学位，副研究员，主要从事材料微细加工与表征技术研究；zhangjccaep@126．corn。3254强激光与粒子束第25卷5结论反应离子深刻蚀法

8、制备精细结构的靶零件具有较高的精度，其加工误差可以控制在1m之内。本文主要论述了惯性约束聚变靶中硅支撑冷却臂的制备和表征。所制备的硅支撑冷却臂侧壁陡直度大于88。，前端卡爪形变量大于20fm。且该制备工艺技术在本质上是并行工艺，有投入低、产出高的优点，适合小批量制备。参考文献：Eli格雷戈里·科瓦奇．微传感器与微执行器全书[M]．北京：科学出版社，2003．(KovacsG．Micromachinedtransducerssourcebook．Beijing：SciencePress，2003)