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作者：陈瑜华东师范大学

学位级别：硕士

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems,微机电系统)是基于微电子加工技术,汇集了电子、机械、材料、制造、测量,以及物理、化学和生物等多种学科,交叉融合而形成的科学技术群体。MEMS以其微型化和高集成度的优势,在汽车、电子、家电... 详细信息

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems,微机电系统)是基于微电子加工技术,汇集了电子、机械、材料、制造、测量,以及物理、化学和生物等多种学科,交叉融合而形成的科学技术群体。MEMS以其微型化和高集成度的优势,在汽车、电子、家电、机电等行业和军事领域有着极为广阔的应用前景。在硅衬底上刻蚀深沟槽和深孔是一种重要的MEMS加工手段。可以用于制作加速度传感器、陀螺仪等MEMS器件、穿过硅片的互联、射频(RF)电路、DNA传感器。光辅助电化学刻蚀(PAECE)是一种高深宽比的硅刻蚀技术。与目前在硅衬底上常用的深沟槽或深孔刻蚀技术深反应离子刻蚀(DRIE)技术相比较,光辅助电化学刻蚀具有更高的深宽比和更低的成本。所以这项技术在硅基光子晶体,微机械制造和用于三维集成的穿过硅片的互联上有广泛的应用前景。本文第一章首先介绍了MEMS基本概念、特点、加工技术以及MEMS技术的发展现状,然后从比较不同硅材料的腐蚀方法入手。介绍了电化学深腐蚀技术的发展过程并分析了电化学深刻蚀技术的特点,以及其原理和本文开展的主要工作。随后的第二章,在广泛调研文献的基础上,从多孔硅的形成机制出发研究了电化学深刻蚀技术的原理。在此基础上介绍了电化学深刻蚀技术的系统组成、工艺步骤以及工艺过程中所使用到的控制程序。在实验中我们自主开发了基于Labview平台的计算机控制电化学系统(EC lab)。实现了对腐蚀过程的自动控制。同时此系统也可以用于电镀,铝阳极氧化等电化学过程控制,以及晶体管直流特性测试等方面。第三章研究了影响电化学深刻蚀技术的工艺条件。由于宏多孔硅的所有性质包括孔径、腐蚀速率、表面形貌和腐蚀深度受到阳极氧化条件的影响。这些条件包括HF浓度、腐蚀电压、光照条件、环境温度和外加磁场等。在研究工艺条件对电化学深刻蚀技术的影响时。我们考察了上述条件对腐蚀效果的影响。第四章研究了电化学深刻蚀技术中的主导效应。在实验中我们发现了电化学深刻蚀过程中的一些效应对于刻蚀后结构的形貌起主导作用。所以在设计版图和实验条件时必须考虑这些因素的影响。影响电化学深刻蚀技术的效应主要有边缘效应、电化学抛光效应、电流分布效应和低应力氮化硅的残余应力效应。

关键词：电化学腐蚀 DRIE 深沟槽深孔电化学刻蚀宏多孔硅光子晶体边缘效应电化学抛光效应

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基于多孔硅能量转换芯片初步研究

基于多孔硅能量转换芯片初步研究

作者：李金龙华东师范大学

学位级别：硕士

能源问题日益成为全球的关注热点,而随着常规能源(石油,煤炭等)日见枯竭,太阳能,核能的开发利用成为研究的热点。而目前将太阳能,核能转化为电能的器件大都是基于平面的PN结结构,这种结构导致了在将核能,太阳能转化为电能时,转化效率过... 详细信息

能源问题日益成为全球的关注热点,而随着常规能源(石油,煤炭等)日见枯竭,太阳能,核能的开发利用成为研究的热点。而目前将太阳能,核能转化为电能的器件大都是基于平面的PN结结构,这种结构导致了在将核能,太阳能转化为电能时,转化效率过低。从而限制了太阳能,核能的利用。本文利用基于多孔硅的三维PN结结构,提高在能量转换时的有效PN结的结面积,使得能量转换效率提高数十倍。目前,这种结构国外已有报道,但是在此报道中,由于没有采用光刻,导致其多孔硅中孔的排列无序,使得在能量转换时无法精确控制转换效率。国内西北工业大学报道了一种利用反应离子刻蚀技术制作类似的能量转换结构。本文对利用成本低廉的电化学方法制备高转换效率的能量转换芯片进行了探索。本文在广泛调研相关文献的基础上分析了核能转换芯片的结构和工作原理,同时研究了如何采用电化学方法制备多孔结构提高能量转化效率,并且对电化学刻蚀技术形成多孔结构的机理进行了理论和实验探索。论文包括以下几个方面。第一章首先介绍了同位素电池的发展历史,研究现状和分类以及本文工作。第二章介绍了同位素电池的工作原理,以及工作过程中载流子运动情况,并以此得出短路电流,开路电压等参数的方程。第三章分析了讨论了能量转换芯片制备工艺流程,以及各个工艺对能量转换芯片的影响。第四章详细讨论了电化学刻蚀原理以及对形成的多孔结构的影响因素。着重从宏多孔硅的形成原理出发,讨论了硅电化学刻蚀形成高深宽比多孔结构的原理,多孔结构特征包括孔径、孔壁平滑度、刻蚀深度、情况等,会受到阳极氧化条件的影响。这些条件包括HF浓度、腐蚀电压电流、光照条件等。本文主要进行了P型硅上述条件的研究。第五章通过对三维PN结结构进行电特性测试,同时与基于三维PN结结构的能量转换芯片转换效率的理论值相比较。第六章对全文进行总结,并对基于三维PN结结构的能量转换芯片进行了展望。

关键词：三维PN结同位素电池转化效率载流子耗尽宏多孔硅深刻蚀

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硅微通道结构的制作工艺研究

硅微通道结构的制作工艺研究

作者：吴俊徐华东师范大学

学位级别：硕士

微通道由于有其特殊的结构因而能够应用在很多领域，如微通道板，微全分析系统，微型热传导器件以及微型化工设备等。近年来，由于硅微通道板在增益提高以及图像分辨率改善具有传统中空玻璃纤维无可比拟的优势而倍受重视。电化学刻蚀方... 详细信息

微通道由于有其特殊的结构因而能够应用在很多领域，如微通道板，微全分析系统，微型热传导器件以及微型化工设备等。近年来，由于硅微通道板在增益提高以及图像分辨率改善具有传统中空玻璃纤维无可比拟的优势而倍受重视。电化学刻蚀方法制作硅微通道技术是一种由宏多孔硅技术发展而来的，具有高深宽比和成本低廉的优点。本文在广泛调研相关文献的基础上对影响电化学深刻蚀制作硅微通道技术的因素进行了深入的分析。对电化学刻蚀技术进行硅微通道制作的机理进行了详尽的理论和实验探索。论文包括以下几个方面。第一章首先介绍了微通道结构的应用，并从MEMS技术入手介绍了硅微通道制作的主要技术，介绍了硅的电化学深刻蚀技术的原理，发展和特点，以及本文所开展的工作。第二章则从多孔硅的形成原理出发，介绍了硅电化学刻蚀形成微通道的原理以及本文研究所采取的具体技术。第三章讨论了电化学刻蚀微通道结构的影响因素。微通道所有结构特征包括孔径、孔壁平滑度、刻蚀深度、边缘分叉刻蚀情况等，会受到阳极氧化条件的影响。这些条件包括HF浓度、腐蚀电压电流、硅片存放时间、光照条件、环境温度和外加磁场等。本文主要进行了N型硅上述条件的研究。第四章讨论了硅的微通道氧化，发现氧化过程中会在微通道中形成相互连接的泡泡结构，分析认为：硅氧化后体积膨胀产生应力是这一现象产生的主要原因。第五章初步研究了硅微通道的无掩膜制作技术的几个相关问题，如腐蚀孔在硅表面随机形成机制。第六章对全文进行总结，并对硅微通道技术进行了展望。

关键词：微通道电化学刻蚀边缘效应宏多孔硅深刻蚀硅氧化

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宏孔导电网络架构下的纳米石墨烯—氢氧化钴

宏孔导电网络架构下的纳米石墨烯—氢氧化钴

作者：梁赪华东师范大学

学位级别：硕士

宏多孔硅是基于微电子机械系统技术,通过清洗、氧化、光刻、刻蚀等标准工艺实验步骤,制备的形状规则的理想三维结构,大比表面积和高深宽比是此结构的优势。用作微型储能器件的基础结构时,宏多孔硅展现了优异的性能。宏多孔硅导电性极差... 详细信息

宏多孔硅是基于微电子机械系统技术,通过清洗、氧化、光刻、刻蚀等标准工艺实验步骤,制备的形状规则的理想三维结构,大比表面积和高深宽比是此结构的优势。用作微型储能器件的基础结构时,宏多孔硅展现了优异的性能。宏多孔硅导电性极差,在其表面与通道内沉积一层镍集流层来增加结构的导电性,形成宏孔导电网络(MECN)。传统沉积方法制备的宏孔导电网络,侧壁镍层沉积不均匀、表面与通道电阻不等,本文优化了集流层沉积方法,利用压差原理在宏多孔硅上进行液流无电镀,改善了侧壁集流层沉积不均匀的现象。液流镀镍构成的宏孔导电网络可以增强活性物质的粘附性、扩大储能器件的容量并提高循环测试的稳定性。石墨烯是当今研究的热门,活性物质加入纳米石墨烯可以直接进行有效、快速的吸附脱附反应并大大的提高样品的反应速度;氢氧化钴具有良好的电化学特性,在氧化还原反应的活性上具有很大的优势,通过水热法制备的氢氧化钴呈层状、花状结构,可以提供较大的容量。本文主要对制备的两种结构进行对比：Co(OH)2/MECN结构与Co(OH)2/nano-graphene/MECN结构,与Co(OH)2/MECN结构相比,Co(OH)2/nano-graphene/MECN结构作为电极时的容量略减,为3.522F/cm2 (880.5F/g),但在循环稳定性方面测试经过5000个循环后的衰减仅为1%,并且在进行循环伏安测试时,Co(OH)2/nano-graphene/MECN电极的扫速大大的提高。

关键词：宏多孔硅宏孔导电网络液流沉积纳米石墨烯/氢氧化钴储能器件

4英寸p型硅微通道板工艺改进及其应用在电子倍增管方面的探索

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4英寸p型硅微通道板工艺改进及其应用在电子倍增管方面的探索

作者：彭波波华东师范大学

学位级别：硕士

硅微通道由于有其特殊的结构能够应用在很多领域,如微通道板,微型热传导器件,三维锂离子电池,三维传感器以及微型化工设备等。本文研究主要从两方面着手,第一方面主要研究如何改进硅的电化学刻蚀工艺,包括p型和n型。其中重点研究了采... 详细信息

硅微通道由于有其特殊的结构能够应用在很多领域,如微通道板,微型热传导器件,三维锂离子电池,三维传感器以及微型化工设备等。本文研究主要从两方面着手,第一方面主要研究如何改进硅的电化学刻蚀工艺,包括p型和n型。其中重点研究了采用电化学法制备分离的p型硅微通道的原理及方法,并通过LabVIEW编程以及改进光源系统实现了p型硅微通道与衬底的良好分离,并获得了结构良好的微通道结构。第二部分主要探索了硅微通道板电子倍增器的制作工艺。硅微通道板是自90年代末期提出的一种全新的基于半导体工艺技术的电子倍增器。与传统的玻璃微通道板电子倍增器相比,硅微通道板在技术上实现了将衬底材料和打拿极材料相分开的突破,同时也将微通道列阵和打拿极制备工艺分开,使连续打拿极的材料选择范围变宽。本文主要研究了连续打拿极发射材料的特性,探索了硅微通道板打拿极形成的工艺技术,采用PECVD、LPCVD等方法制作导电层,再利用快速热退火工艺SiO2发射层。并通过理论计算及实验发现,目前面临的主要问题是制备的多晶硅导电层电阻偏低。论文最后对硅微通道板光电倍增器的进一步研究进行了展望。

关键词：宏多孔硅电化学刻蚀 LabVIEW 硅微通道板连续打拿极二次电子发射低压化学汽相沉积等离子体增强化学气相沉积

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基于多孔硅的三维PN结结构探索

基于多孔硅的三维PN结结构探索

作者：刘婷婷华东师范大学

学位级别：硕士

本文论述了基于多孔硅的三维PN结结构的形成及在核电池和X射线探测器中的应用,同时研究了此三维PN结结构的制备工艺,特别地讨论了电化学刻蚀技术形成多孔结构的工作原理,并且进行了采用SiO掩膜和SiN掩膜制备三维PN结结构的实验探索。 ... 详细信息

本文论述了基于多孔硅的三维PN结结构的形成及在核电池和X射线探测器中的应用,同时研究了此三维PN结结构的制备工艺,特别地讨论了电化学刻蚀技术形成多孔结构的工作原理,并且进行了采用SiO掩膜和SiN掩膜制备三维PN结结构的实验探索。第一章首先介绍了基于多孔硅的三维PN结结构的形成、应用、研究现状以及本文工作。第二章介绍了三维PN结的制备工艺,并且重点介绍了电化学刻蚀多孔硅的工作原理及其影响因素。第三章讨论了采用SiO掩膜的p-型半导体硅上制作宏多孔硅结构,再进行扩散制得三维PN结,探索其I-V、C-V电学性能,并且进行了孔距、孔深影响的模拟,特别是着重分析孔距(侧壁厚度)的影响。实验发现,当侧壁厚度薄到两侧的扩散层接近会聚时,孔深的提高对有效结面积影响不大。第四章详细讨论了采用低应力SiN掩膜的p-型硅上制作宏多孔硅,再进行扩散制得三维PN结。此实验重点是扩大侧壁厚度,以提高三维PN结的有效结面积。实验发现,采用抗蚀性强的低应力SiN掩膜并没有能够扩大侧壁厚度,这说明湿法刻蚀可能无法实现扩大侧壁厚度。为了解决这一问题,我们将采用深反应离子刻蚀的干法刻蚀来制作宏多孔硅,此工作还在进行中。第五章全文进行总结,并对基于三维PN结结构的能量转换芯片进行了展望。

关键词：三维PN结核电池 X射线探测器电化学刻蚀深反应离子刻蚀宏多孔硅