基本信息
- 項目名稱：
- 采用光刻技術(shù)對鐵電薄膜進行圖形化的研究
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 本項目首先研究了不同襯底材料上鈦酸鉛(PT)鐵電薄膜的制備技術(shù)，然后采用半導體光刻工藝和化學腐蝕的方法對PT薄膜進行了刻蝕，同時采用剝離技術(shù)對相應的電極實現(xiàn)了圖形化，得到了最佳的光刻和刻蝕工藝參數(shù)。
- 詳細介紹：
- 紅外探測器是紅外系統(tǒng)中最關(guān)鍵的元件之一，可分為需致冷的光子探測器和無需致冷的熱探測器兩大類。光子探測器的響應率高、響應時間短，在軍事方面有廣泛的應用，但由于具有波長選擇性、需要在低溫下工作、成本高、功耗大，影響了其應用范圍。熱探測器雖然響應率和靈敏度不及光子探測器高，但是具有無波長選擇性、無需致冷、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉等特點，使其具有更加廣泛的應用前景。熱釋電探測器是熱探測器的一種，結(jié)構(gòu)主要由輻射調(diào)制系統(tǒng)、吸收層結(jié)構(gòu)、熱絕緣結(jié)構(gòu)、敏感元和讀出電路五個部分組成，其中敏感元是熱釋電探測器的核心。 本項目首先以乙酸鉛、鈦酸四丁酯為原料，乙酰丙酮為熬合劑，乙二醇甲醚為溶劑，配置鈦酸鉛(PbTiO3，PT)溶膠，分別在Pt(111)/Ti/SiO2/Si、LNO/Si(100)以及LNO/Pt/Ti/SiO2/Si三種襯底上制備了PT鐵電薄膜。每層膜的預處理均在快速熱處理爐中進行，退火在馬弗爐中進行。然后通過XRD分析了薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)不同襯底上的薄膜分別為具有不同擇優(yōu)取向的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，沒有其他雜相出現(xiàn)。接下來再采用半導體光刻工藝和化學腐蝕方法法對PT薄膜進行了光刻和刻蝕，總結(jié)了涂膠、前烘、曝光、顯影、后烘以及去膠等工藝的最佳參數(shù)，刻蝕采用濕化學方法，并確定了腐蝕液的最佳配比為BOE:HCl:H2O=1:2:10，其中BOE是由濃度為40%的NH4F和49%的HF按6:1的配比構(gòu)成。另外采用剝離技術(shù)對Pt電極實現(xiàn)了圖形化。為熱釋電薄膜紅外探測器的進一步研究打下一定的基礎(chǔ)
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：采用半導體光刻工藝，對鐵電薄膜材料進行刻蝕，實現(xiàn)所需要的圖形化，為后續(xù)的非制冷紅外熱釋電探測器的研究奠定一定的基礎(chǔ)。 基本思路：首先通過Sol-Gel技術(shù)，在Si片上制備出鐵電薄膜材料。然后通過半導體的光刻和濕法刻蝕工藝，將鐵電薄膜刻蝕成一定的圖形，解決目前鐵電薄膜材料光刻中存在的一些問題。
科學性、先進性及獨特之處
- 鐵電薄膜在微電子和光電子技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊的應用前景，圖形化是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文首先通過Sol-Gel法在Si片上制備出PbTiO3鐵電薄膜，然后采用半導體光刻工藝和化學腐蝕法對PT薄膜進行了刻蝕，腐蝕液的最佳配比為BOE:HCl:H2O=1:2:10，其中BOE是由濃度為40%的NH4F和49%的HF按6:1的配比構(gòu)成。另外還采用金屬電極的剝離技術(shù)，結(jié)合直流濺射方法，對Pt電極實現(xiàn)了圖形化。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 紅外探測器不論是在軍事還是在民用方面都有非常重要的應用。熱探測器雖然響應率和靈敏度不及光子探測器高，但是具有無波長選擇性、無需致冷、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉等特點，使其具有更加廣泛的應用前景。熱釋電探測器是熱探測器的一種，其核心部件為敏感元部分。本項目即是針對敏感元的下電極和鐵電薄膜的制備及圖形化做了一定的基礎(chǔ)研究，為熱釋電薄膜紅外探測器的應用研究打下一定的基礎(chǔ)。
學術(shù)論文摘要
- 紅外探測器不論是在軍事還是在民用方面都有非常重要的應用。非致冷熱釋電紅外探測器由于具有光譜響應寬、無需致冷等顯著優(yōu)點，近年來成為紅外成像領(lǐng)域的研究熱點，其結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的部分是敏感元。本文首先研究了不同襯底材料上鈦酸鉛(PT)鐵電薄膜的制備技術(shù)，然后采用半導體光刻工藝和化學腐蝕的方法對PT薄膜進行了刻蝕，同時采用剝離技術(shù)對相應的電極實現(xiàn)了圖形化。
獲獎情況
- 本文已發(fā)表在《紅外》雜志2009年第2期。
鑒定結(jié)果
參考文獻
- 1、金浙萍,許曉慧,吳建華等，PZT 鐵電薄膜的霧化濕法刻蝕技術(shù)研究，微細加工技術(shù)，2006，4：25-28。 2、史鵬，姚熹，吳小清等，PZT鐵電薄膜刻蝕的研究進展，壓電與聲光，2003，25（5）：386-389。 3、吳傳貴，劉興釗，張萬里等,熱釋電薄膜在紅外探測器中的應用,紅外，2004, 3: 7-11。
同類課題研究水平概述
- 鐵電薄膜由于具有的一系列優(yōu)異的性能，使其作為一種功能材料在現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域中起著越來越重要的作用。目前已涉及到電子學、光學、信息存儲、數(shù)據(jù)處理、聲學、顯示、微驅(qū)動、微機械等領(lǐng)域，在制備鐵電存儲器、薄膜型室溫紅外探測器、薄膜型壓電馬達、超聲探測器、薄膜電容器和集成光波導器件等方面，已成為首選材料之一。 在上述鐵電薄膜材料的各種應用中，薄膜的微圖形化技術(shù)是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一，常用的方法有干法刻蝕(如反應離子刻蝕、離子束刻蝕和等離子刻蝕等)和濕法化學刻蝕。干法刻蝕PZT 薄膜橫向側(cè)蝕極小、圖形轉(zhuǎn)化精度高，但對光刻膠掩膜和底電極Pt 的選擇性差，刻蝕速率低(10nm/min～32nm/ min),且設(shè)備昂貴，刻蝕后易形成污染。濕法刻蝕成本低、刻蝕速率快，但橫向側(cè)蝕相對較大，限制了PZT 薄膜在較高精度場合的應用。于是減小橫向側(cè)蝕就成為了改進PZT薄膜濕法刻蝕技術(shù)的關(guān)鍵。國內(nèi)外有不少研究者致力于將幾種強酸進行復合或改變其濃度以提高PZT 薄膜的濕法刻蝕質(zhì)量。如Simancha 用HF/HCl/H2O 溶液刻蝕鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)薄膜,R1A1Miller 在刻蝕液中加入了乙二胺四乙酸三鈉( EDTA)作為鰲合劑來刻蝕PZT薄膜,Zheng 等采用V(BHF)∶V(HCl)∶V(NH4Cl)∶V(H2O)=1∶2∶4∶4的刻蝕液來刻蝕PZT 薄膜,并用50%的HNO3 溶液去除殘留物。以上研究者所得到的PZT 薄膜最小側(cè)蝕比均約為115∶1 ,由此可以看出,僅改變刻蝕液的濃度及配比對于進一步提高PZT 薄膜微圖形的質(zhì)量已較困難。 本項目首先研究了Si(100)、Pt(111)/Ti/SiO2/Si以及LNO/Si(100)不同襯底材料上PT鐵電薄膜的制備技術(shù)，然后采用半導體光刻工藝和化學腐蝕法對PT薄膜進行了刻蝕，實現(xiàn)了微圖形化。腐蝕液的最佳配比為BOE:HCl:H2O=1:2:10，其中BOE是由濃度為40%的NH4F和49%的HF按6:1的配比構(gòu)成。另外還采用金屬電極的剝離技術(shù)，結(jié)合直流濺射方法，對Pt電極實現(xiàn)了圖形化。
