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Pr_(6)O_(11)对合成金刚石单晶各向异性的刻蚀

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材料工程 2022年第11期50卷 173-181页

作者：朱振东肖长江马金明栗正新河南工业大学材料科学与工程学院郑州450001

为了探究稀土氧化物对合成金刚石单晶的各向异性刻蚀,在氮气保护下,在750~950℃内用Pr_(6)O_(11)对合成金刚石单晶进行刻蚀。采用扫描电子显微分析、热重分析、X射线衍射和拉曼光谱等技术对刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌、物相组... 详细信息

为了探究稀土氧化物对合成金刚石单晶的各向异性刻蚀,在氮气保护下,在750~950℃内用Pr_(6)O_(11)对合成金刚石单晶进行刻蚀。采用扫描电子显微分析、热重分析、X射线衍射和拉曼光谱等技术对刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌、物相组成和刻蚀机理进行表征与分析。采用最大刻蚀深度、单颗粒抗压强度和冲击韧性来表征刻蚀前后金刚石性能的变化。结果表明:Pr_(6)O_(11)对金刚石{100}面和{111}面的刻蚀程度和形貌均不同;当温度为750℃时,Pr_(6)O_(11)对金刚石单晶已有一定程度的刻蚀,随刻蚀温度的增加,刻蚀加剧,且金刚石{111}面的刻蚀程度比{100}面严重;{111}面刻蚀坑形貌从三角形变为层状结构三角形,{100}面由轻微的四边形变为类蜂窝状刻蚀坑;{111}面最大刻蚀深度从1.12μm增加到12.54μm,而{100}面只从0.30μm增加到2.11μm;金刚石单颗粒的抗压强度由未刻蚀金刚石的576.25 N降低到最小530.06 N,冲击韧性由92.94 J/cm^(2)减小到88.53 J/cm^(2);Pr_(6)O_(11)对金刚石单晶的刻蚀机理在885℃前为催化石墨化,885℃后为催化石墨化和氧化。

关键词：金刚石单晶氧化镨各向异性刻蚀刻蚀机理性能

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设计二维有序原子微晶结构构建离子筛分通道

Science Bulletin 2020年第16期65卷 1356-1362,M0003,M0004页

作者：郭巍池凯严佳浩鲍丽宏王帅刘云圻 Key Laboratory of Material Chemistry for Energy Conversion and Storage Ministry of EducationSchool of Chemistry and Chemical EngineeringHuazhong University of Science and Technology.Wuhan 430074China Department of Materials Science Fudan UniversityShanghai 200433China Institute of Physics.Chinese Academy of Sciences Beijing 100010China

具有原子级厚度的物质选择传输固态通道可广泛应用于分离于能量转换过程.决定这种通道选择性的几个关键因素有通道的密度、高度、间距以及边界结构.然而,目前这种拥有原子级精度的微小限域通道仅限于微型二维晶体条带构建的概念原型器件... 详细信息

具有原子级厚度的物质选择传输固态通道可广泛应用于分离于能量转换过程.决定这种通道选择性的几个关键因素有通道的密度、高度、间距以及边界结构.然而,目前这种拥有原子级精度的微小限域通道仅限于微型二维晶体条带构建的概念原型器件中.本文报道了一种通过化学气相沉积法设计制备大面积、高有序的单层石墨烯微晶阵列结构.通过一种改进的各向异性刻蚀过程,可以大面积控制石墨烯微晶阵列的尺寸、形貌、间距以及边界结构.这种阵列结构可以作为支柱支撑起平滑的单晶石墨烯薄膜,从而构筑连续的埃米级(3.4A)通道.该通道能选择性通过水分子并阻挡水合离子的通过,在离子筛分和纳米过滤方面具有应用潜力.

关键词：各向异性刻蚀水合离子原子级阵列结构二维晶体能量转换过程微晶结构化学气相沉积法

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氧化铈刻蚀金刚石表面形貌表征

粉末冶金技术 2022年第4期40卷 318-324,333页

作者：陈冰威杨雪峰朱振东栗正新河南工业大学材料科学与工程学院郑州450000

为研究氧化铈刻蚀对于金刚石表面形貌的影响,将金刚石单晶与氧化铈粉末以质量比1:5的比例混合,并在N_(2)气氛下对金刚石进行刻蚀处理。通过对刻蚀后金刚石的表面形貌、表面刻蚀深度、物相组成的表征与分析探究氧化铈粉末刻蚀对于金刚石... 详细信息

为研究氧化铈刻蚀对于金刚石表面形貌的影响,将金刚石单晶与氧化铈粉末以质量比1:5的比例混合,并在N_(2)气氛下对金刚石进行刻蚀处理。通过对刻蚀后金刚石的表面形貌、表面刻蚀深度、物相组成的表征与分析探究氧化铈粉末刻蚀对于金刚石表面形貌的影响。利用铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度评估刻蚀对于金刚石与结合剂之间把持力的影响。结果表明:氧化铈能成功对金刚石单晶表面进行选择性刻蚀。随着温度的升高,金刚石各个晶面的刻蚀深度加深;在相同条件下,氧化铈对金刚石(100)面的刻蚀程度大于金刚石(111)面。当刻蚀温度为900℃时,金刚石(111)面刻蚀深度为753.23 nm,(100)面刻蚀深度为1.60μm。在N_(2)气氛下,900℃氧化铈刻蚀后的金刚石单颗粒抗压强度低于未加氧化铈刻蚀剂刻蚀的金刚石抗压强度,但是高于在空气气氛下未加氧化铈刻蚀剂刻蚀的金刚石以及在空气中直接氧化铈刻蚀的金刚石抗压强度。与未处理金刚石相比,氧化铈刻蚀后的铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度有较大提升。

关键词：金刚石单晶氧化铈表面形貌各向异性刻蚀

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PrO对合成金刚石单晶各向异性的刻蚀

材料工程 2022年

作者：朱振东肖长江马金明栗正新河南工业大学材料科学与工程学院

目的探究稀土氧化物对合成金刚石单晶的各向异性刻蚀。方法在氮气保护下，在750～950℃内用PrO对合成金刚石单晶进行刻蚀。用扫描电子显微分析、热重分析、X射线衍射和拉曼光谱等技术对刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌、物相组成和... 详细信息

目的探究稀土氧化物对合成金刚石单晶的各向异性刻蚀。方法在氮气保护下，在750～950℃内用PrO对合成金刚石单晶进行刻蚀。用扫描电子显微分析、热重分析、X射线衍射和拉曼光谱等技术对刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌、物相组成和刻蚀机理进行了表征与分析；用最大刻蚀深度、单颗粒抗压强度和冲击韧性来表征刻蚀前后金刚石性能的变化。结果PrO对金刚石{100}面和{111}面的刻蚀程度和形貌均不同；当温度为750℃时，PrO对金刚石单晶已有一定程度的刻蚀，随刻蚀温度的增加，刻蚀加剧，且金刚石{111}面的刻蚀程度比{100}面严重；{111}面刻蚀坑形貌从三角形变为层状结构三角形，{100}面由轻微的四边形变为类蜂窝状刻蚀坑；{111}面最大刻蚀深度从1.12 μm 增加到12.54 μm，而{100}面只从0.3μm 增加到2.11μm；金刚石单颗粒的抗压强度由未刻蚀金刚石的576.25 N降低到最小530.06 N，冲击韧性由92.94 J/cm减小到88.53 J/cm；PrO对金刚石单晶的刻蚀机理是在885 ℃前为催化石墨化，885 ℃后为催化石墨化和氧化。结论在实验温度范围内，PrO成功地对金刚石单晶进行各向异性刻蚀，并根据金刚石单晶不同晶面原子的排列对刻蚀机理进行了分析。

关键词：金刚石单晶氧化谱各向异性刻蚀刻蚀机理性能

一种基于四甲基氢氧化铵溶液蒸汽的新型硅刻蚀方法

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Chinese Journal of Chemical Physics 2020年第6期33卷 769-774,I0003页

作者：何剑赵越芳徐方良赵东阳侯晓娟丑修建中北大学仪器科学与动态测试技术教育部重点实验室太原030051 北京计算机应用技术研究所北京100089 南京微纳工程研究中心南京210000

在微机电技术中,利用刻蚀方法对硅进行体结构加工是一步重要的工艺程序.本文提出了一种基于四甲基氢氧化铵的新型刻蚀方法,四甲基氢氧化铵刻蚀溶液被加热到沸点,单晶硅片置于刻蚀液面的上方,通过刻蚀溶液的蒸汽实现对硅片的各向异性气... 详细信息

在微机电技术中,利用刻蚀方法对硅进行体结构加工是一步重要的工艺程序.本文提出了一种基于四甲基氢氧化铵的新型刻蚀方法,四甲基氢氧化铵刻蚀溶液被加热到沸点,单晶硅片置于刻蚀液面的上方,通过刻蚀溶液的蒸汽实现对硅片的各向异性气相刻蚀,此方法并不依赖于昂贵的传统干法刻蚀真空设备.相比于传统湿法刻蚀,本文提出的刻蚀方法具有若干优点,例如低粗糙度、高刻蚀速率和高均匀性,刻蚀速率和表面粗糙度分别可达到2.13 μm/min和1.02 nm.同时,在背腔刻蚀工艺中,在硅片非刻蚀面上的隔膜结构和Al基图形可被完好无损地保存下来.最后,本文提出了一种可能的刻蚀机理说明观察到的实验现象.与传统湿法刻蚀不同,在本文的气相刻蚀中,由于刻蚀溶液的蒸发过程,刻蚀表面将形成一层薄的水汽层,四甲基氢氧化铵刻蚀剂的离化和刻蚀反应均在这一层中进行,这有助于H2气泡的快速脱附,以及反应界面分子交换速率的提升.

关键词：硅刻蚀工业化微机电四甲基氢氧化铵溶液各向异性刻蚀

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氧化铁刻蚀金刚石表面形貌的表征及形成机理

材料导报 2020年第14期34卷 14045-14050页

作者：肖长江窦志强朱振东河南工业大学材料科学与工程学院郑州450001

为了系统研究不同温度下氧化铁刻蚀金刚石表面的形貌及形成机理,以人造金刚石为刻蚀材料,以氧化铁作为刻蚀剂,先将金刚石洗净,然后将金刚石与氧化铁以质量比为1∶5混合均匀、压实,用氮气作为保护气氛,在650~850℃下用氧化铁刻蚀金刚石... 详细信息

为了系统研究不同温度下氧化铁刻蚀金刚石表面的形貌及形成机理,以人造金刚石为刻蚀材料,以氧化铁作为刻蚀剂,先将金刚石洗净,然后将金刚石与氧化铁以质量比为1∶5混合均匀、压实,用氮气作为保护气氛,在650~850℃下用氧化铁刻蚀金刚石单晶表面。再用扫描电子显微镜及其3D重建技术、热重分析、X射线衍射和拉曼光谱等方法对刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌、表面粗糙度、物相组成和刻蚀机理进行了表征与分析。首次用3D重建技术对刻蚀后金刚石不同晶面的形貌进行了立体观测,用铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度来评估刻蚀对金刚石与结合剂间结合力的影响。结果表明:氧化铁在不同温度下均能有效刻蚀金刚石单晶,且对不同晶面的刻蚀程度和形貌是各向异性的;当刻蚀温度为650℃时,氧化铁对金刚石单晶已有一定的刻蚀;随温度的升高,刻蚀加剧;在相同条件下,金刚石单晶的{100}面刻蚀程度比{111}面严重,{100}面表面粗糙度S a从0.84μm升至3.73μm,{111}面表面粗糙度S a从0.77μm升高至2.01μm。刻蚀后,金刚石单晶的不同晶面形貌由金刚石本身的原子排列决定,随着刻蚀温度从650℃升至850℃,金刚石{100}面刻蚀坑从四边形变为八边形,{111}面由轻微的点状变为三棱锥形凸起。氧化铁对金刚石单晶的刻蚀机理是金刚石的氧化过程。刻蚀后,铜基结合剂金刚石试样的抗弯强度有较大的提高。

关键词：金刚石单晶氧化铁温度各向异性刻蚀表面粗糙度机理

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一种高灵敏度石英微机械陀螺敏感器件

中国惯性技术学报 2016年第3期24卷 390-393页

作者：林丙涛蒋昭兴江黎赵建华李文蕴中国电子科技集团公司第26研究所重庆400060 重庆市固态惯性技术企业工程技术研究中心重庆401332 重庆市固态惯性技术工程实验室重庆401332

针对石英晶体各向异性的特点,设计了一种驱动梁为双"W"截面形状的石英音叉微机械陀螺,通过在驱动梁表面凹槽两端设置深凹槽,有效提高了凹槽侧壁的陡直性,进而提高了驱动梁内部电场的激励效率和陀螺灵敏度。采用有限元仿真的方法,分析了... 详细信息

针对石英晶体各向异性的特点,设计了一种驱动梁为双"W"截面形状的石英音叉微机械陀螺,通过在驱动梁表面凹槽两端设置深凹槽,有效提高了凹槽侧壁的陡直性,进而提高了驱动梁内部电场的激励效率和陀螺灵敏度。采用有限元仿真的方法,分析了不同截面形状的驱动梁压电激励力的相对大小,优化设计了陀螺芯片结构参数。依据陀螺芯片的结构,设计了合理的工艺方案并在3英寸石英圆片上制作出了三种驱动梁截面形状的陀螺器件,测试结果表明,相对于矩形驱动梁截面的陀螺芯片,双"W"形驱动梁截面的陀螺芯片的灵敏度提高约60%。

关键词：微机械陀螺凹槽灵敏度各向异性刻蚀

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载药金属微针的结构设计及制备

上海交通大学学报 2012年第9期46卷 1428-1430,1435页

作者：曹玉田朱军曹莹李以贵陈翔陈迪上海交通大学微纳科学技术研究院微米纳米加工技术国防科技重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室上海200030

提出一种新型载药微针结构设计方案,采用硅的各向异性刻蚀工艺与SU-8胶光刻工艺相结合的方法制备硅与光刻胶复合载药微针模具,将硅的各向异性刻蚀所得棱锥结构用于复制微针的尖端部分,SU-8胶曝光套刻出的带凸起结构的柱体用于复制微针... 详细信息

提出一种新型载药微针结构设计方案,采用硅的各向异性刻蚀工艺与SU-8胶光刻工艺相结合的方法制备硅与光刻胶复合载药微针模具,将硅的各向异性刻蚀所得棱锥结构用于复制微针的尖端部分,SU-8胶曝光套刻出的带凸起结构的柱体用于复制微针的柱体部分,以此微结构为模具,通过2次聚二甲基硅氧烷(PDMS)浇铸复制而得PDMS凹三维结构.在此结构上,溅射金属种子层后采用小电流电铸技术电镀金属Ni,脱模得到载药金属微针.经力学性能测试,其断裂强度为366MPa,远大于刺穿皮肤所需断裂强度3.183MPa.

关键词：微针光刻胶各向异性刻蚀断裂强度

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模板微电铸工艺制备金字塔形镍纳米尖

光学精密工程 2020年第7期28卷 1500-1509页

作者：胡亚明梁军生杨金鹤王大志王立鼎大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学精密与特种加工技术教育部重点实验室辽宁大连116024 海信新研发中心山东青岛266100

为了获得可靠的金属纳米尖的制作方法,设计了基于模板微电铸工艺制备金字塔型纳米Ni尖的工艺流程并进行了实验验证。利用(100)型单晶硅的各向异性腐蚀特性在40%的KOH溶液中腐蚀以制备倒金字塔型的硅模具,采用磁控溅射与正胶剥离工艺获... 详细信息

为了获得可靠的金属纳米尖的制作方法,设计了基于模板微电铸工艺制备金字塔型纳米Ni尖的工艺流程并进行了实验验证。利用(100)型单晶硅的各向异性腐蚀特性在40%的KOH溶液中腐蚀以制备倒金字塔型的硅模具,采用磁控溅射与正胶剥离工艺获得了厚度为200 nm的Ni种子层薄膜并进行金属图形化,之后进行微电铸实验,最后,利用KOH腐蚀硅模具以释放金字塔型实体Ni纳米尖。实验结果表明利用ICP干法刻蚀代替HF酸腐蚀SiO2掩蔽窗口,可将模具制作的相对误差降低约9%;金字塔型Ni纳米尖的底部边长尺寸约为140μm,纳米尖最小曲率半径为54 nm;微电铸工艺复制精度约为99%。采用微电铸工艺并结合硅片自停止刻蚀技术,能够稳定可靠地制备出金字塔型Ni纳米尖,实现了金属纳米尖的批量化制备,从而降低了制造成本,为纳米尖的广泛应用奠定了基础。

关键词：纳米尖硅模具各向异性刻蚀微电铸种子层