[發(fā)明專利]一種獲得高密度不等高晶體微針陣列的方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810014568.7 | 申請日： | 2018-01-08 |
| 公開（公告）號： | CN108328567B | 公開（公告）日： | 2020-07-14 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 幸研;張云澤;張晉;張輝;仇曉黎;史章昆;李征蔚;郝金祎 | 申請（專利權(quán)）人： | 東南大學(xué) |
| 主分類號： | B81C1/00 | 分類號： | B81C1/00 |
| 代理公司： | 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204 | 代理人： | 柏尚春 |
| 地址： | 211189 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 獲得 高密度 不等 晶體 陣列 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種獲得高密度曲面或斜面的微針陣列的方法，該方法通過改變掩膜形狀大小生成不同高度的針狀石英凸臺，從而形成斜面或者曲面排列的微針陣列。該方法中的掩膜形狀可以為圓形或者三角形，不同的掩膜形狀，掩膜大小有不同的計算方式。該方法可以獲得高密度微針陣列，且可準(zhǔn)確控制陣列形狀。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種晶體微針陣列成型方法。
背景技術(shù)
利用各項異性腐蝕的特性獲得高密度的，針狀凸臺的排列成斜面或者曲面的陣列已經(jīng)應(yīng)用在硅的刻蝕中。對于不同晶向的體硅晶片，由于硅的掩模邊緣鉆蝕速度較快，所以直接應(yīng)用硅的各項異性腐蝕無法形成針狀的刻蝕結(jié)構(gòu)。為了得到體硅晶片的帶針尖的針狀陣列結(jié)構(gòu)，通常一步刻蝕是無法做到的，需要分步進行。
運用DRIE技術(shù)，利用深反應(yīng)離子刻蝕原理，可以得到硅晶體的柱狀陣列。通過對要保留的部分進行鈍化和保護，利用硅的各項異性腐蝕的特性，對用DRIE技術(shù)得到的陣列進行濕法刻蝕可得到體硅晶片的帶針尖的針狀陣列結(jié)構(gòu)。換言之，利用硅的各向異性刻蝕僅能獲得所需的針尖部分，而針體是通過DRIE獲得的，以減少濕法刻蝕時掩模邊緣鉆蝕過快對結(jié)構(gòu)成型的影響。
而對于石英來說，想要得到類似的結(jié)構(gòu)的方法卻與之不同。由于其掩模邊緣的鉆蝕速率較慢，而垂直方向的速率較快，通過Z切α-石英晶片的濕法刻蝕，可以得到我們想要的針狀結(jié)構(gòu)。對于石英刻蝕而言，并不需要像硅晶片刻蝕那樣需要DRIE技術(shù)，并且這樣做過程繁瑣，步驟過多。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的：本發(fā)明提供了一種獲得高密度不等高晶體微針陣列的方法，通過建立石英刻蝕的全速率以及掩模形狀與刻蝕時間的關(guān)系，求得不同形狀微針陣列對應(yīng)的掩模形狀及刻蝕時間，最終獲得可控密度，可控形狀的微型化、高集成化的晶體微針陣列。
技術(shù)方案：本發(fā)明公開了一種獲得高密度不等高晶體微針陣列的方法，具體步驟如下：
1)獲得石英刻蝕的全空間速率分布:
采用海克斯康三坐標(biāo)測量機對刻蝕前后的石英球表面數(shù)據(jù)點進行測量，求得不同方向的石英濕法刻蝕各向異性的速率，從而獲得石英各向異性刻蝕的全空間速率。
2)建立起針狀凸臺的刻蝕模型:
針狀凸臺的刻蝕模型分為兩個部分：第一部分是掩模鉆蝕模型，第二部分是掩模脫落以后的自由刻蝕模型。
單獨對一根針狀凸臺進行觀察，對于該針狀結(jié)構(gòu)，在一個側(cè)面看過去，從上至下有A,B,C,D這4個主要的面。由于Z-cut石英晶片成三對稱結(jié)構(gòu)，在對凸臺進行旋轉(zhuǎn)的過程中必然會重復(fù)這幾個面。
對針狀凸臺進行各向異性腐蝕，對實驗得到的凸臺的形狀進行簡化，分出針尖，中段和底座。
掩模鉆蝕最終會被速度最快的刻蝕方向影響。由于石英晶體的三對稱特性，會在針尖端面形成一個三角形。根據(jù)石英球刻蝕得到的石英刻蝕的全空間速率，得到赤道附近測量的刻蝕速率的極坐標(biāo)圖，最大的三個速率會形成一個三角形的包絡(luò)面，這也是穩(wěn)定后的針尖鉆蝕形貌，直到頂部材料被完全去除，掩模脫落。通過這個模型確定掩模鉆蝕的主導(dǎo)面是位于最上方的A面，由于A面近似的垂直于XOY面，所以A面的法向量與x軸約成55°，測量石英球的赤道速率，該赤道方向上出現(xiàn)的最大速率出現(xiàn)的位置與之一致。測量得到的掩模鉆蝕的速率為ks。
凸臺的刻蝕模型的第二部分是當(dāng)掩模脫落后的自由刻蝕模型，由于不同的針狀凸臺的底座高度相同，所以針頭的高度變化影響著陣列排列的形狀，而掩模脫落之后自由刻蝕的時間以及自由刻蝕的高度變化速率決定了最終針頭部分的高度；當(dāng)掩模脫落時，自由刻蝕所主導(dǎo)的面是B，在全空間中找到其對應(yīng)的高度變化速率kh，自由刻蝕的刻蝕速率和高度變化速率的關(guān)系如下：
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