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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 采用光刻技術(shù)對(duì)鐵電薄膜進(jìn)行圖形化的研究
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)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(dǎo)體光刻工藝和化學(xué)腐蝕的方法對(duì)PT薄膜進(jìn)行了刻蝕，同時(shí)采用剝離技術(shù)對(duì)相應(yīng)的電極實(shí)現(xiàn)了圖形化，得到了最佳的光刻和刻蝕工藝參數(shù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 紅外探測(cè)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(cè)器和無需致冷的熱探測(cè)器兩大類。光子探測(cè)器的響應(yīng)率高、響應(yīng)時(shí)間短，在軍事方面有廣泛的應(yīng)用，但由于具有波長(zhǎng)選擇性、需要在低溫下工作、成本高、功耗大，影響了其應(yīng)用范圍。熱探測(cè)器雖然響應(yīng)率和靈敏度不及光子探測(cè)器高，但是具有無波長(zhǎng)選擇性、無需致冷、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，使其具有更加廣泛的應(yīng)用前景。熱釋電探測(cè)器是熱探測(cè)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(gè)部分組成，其中敏感元是熱釋電探測(cè)器的核心。 本項(xiàng)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(yù)處理均在快速熱處理爐中進(jìn)行，退火在馬弗爐中進(jìn)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(dǎo)體光刻工藝和化學(xué)腐蝕方法法對(duì)PT薄膜進(jìn)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(xué)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(duì)Pt電極實(shí)現(xiàn)了圖形化。為熱釋電薄膜紅外探測(cè)器的進(jìn)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(dǎo)體光刻工藝，對(duì)鐵電薄膜材料進(jìn)行刻蝕，實(shí)現(xiàn)所需要的圖形化，為后續(xù)的非制冷紅外熱釋電探測(cè)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(dǎo)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(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)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(yīng)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(dǎo)體光刻工藝和化學(xué)腐蝕法對(duì)PT薄膜進(jìn)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(duì)Pt電極實(shí)現(xiàn)了圖形化。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 紅外探測(cè)器不論是在軍事還是在民用方面都有非常重要的應(yīng)用。熱探測(cè)器雖然響應(yīng)率和靈敏度不及光子探測(cè)器高，但是具有無波長(zhǎng)選擇性、無需致冷、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，使其具有更加廣泛的應(yīng)用前景。熱釋電探測(cè)器是熱探測(cè)器的一種，其核心部件為敏感元部分。本項(xiàng)目即是針對(duì)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(cè)器的應(yīng)用研究打下一定的基礎(chǔ)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 紅外探測(cè)器不論是在軍事還是在民用方面都有非常重要的應(yīng)用。非致冷熱釋電紅外探測(cè)器由于具有光譜響應(yīng)寬、無需致冷等顯著優(yōu)點(diǎn)，近年來成為紅外成像領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，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(dǎo)體光刻工藝和化學(xué)腐蝕的方法對(duì)PT薄膜進(jìn)行了刻蝕，同時(shí)采用剝離技術(shù)對(duì)相應(yīng)的電極實(shí)現(xiàn)了圖形化。
獲獎(jiǎng)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(xiàn)
- 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(xì)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(jìn)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(cè)器中的應(yīng)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(xué)、光學(xué)、信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、聲學(xué)、顯示、微驅(qū)動(dòng)、微機(jī)械等領(lǐng)域，在制備鐵電存儲(chǔ)器、薄膜型室溫紅外探測(cè)器、薄膜型壓電馬達(dá)、超聲探測(cè)器、薄膜電容器和集成光波導(dǎo)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(yīng)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(yīng)離子刻蝕、離子束刻蝕和等離子刻蝕等)和濕法化學(xué)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(duì)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(duì)較大，限制了PZT 薄膜在較高精度場(chǎng)合的應(yīng)用。于是減小橫向側(cè)蝕就成為了改進(jìn)PZT薄膜濕法刻蝕技術(shù)的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外有不少研究者致力于將幾種強(qiáng)酸進(jìn)行復(fù)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(duì)于進(jìn)一步提高PZT 薄膜微圖形的質(zhì)量已較困難。 本項(xiàng)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(dǎo)體光刻工藝和化學(xué)腐蝕法對(duì)PT薄膜進(jìn)行了刻蝕，實(shí)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(duì)Pt電極實(shí)現(xiàn)了圖形化。
