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硅基、碳化硅基高纵横比微孔和微槽的飞秒激光加工技术

20151104090542来源:西安交通大学浏览数:258次
摘要:  硅和碳化硅是半导体电子器件、微机械领域广泛使用的两类半导体材料,硅基和碳化硅基的高纵横比的微孔和微槽在隔离槽、微流控芯片器件等中具有重要的应用。例如在体硅MEMS器件中,微结构和电路部分的电隔离和

  硅和碳化硅是半导体电子器件、微机械领域广泛使用的两类半导体材料,硅基和碳化硅基的高纵横比的微孔和微槽在隔离槽、微流控芯片器件等中具有重要的应用。例如在体硅MEMS器件中,微结构和电路部分的电隔离和互联是一种非常重要的技术。传统的高纵横比结构主要采用反应离子刻蚀(RIE)技术。RIE技术制备高纵横比结构需要掩模板定义图案,对于不同深度的复杂结构还需要不断更换掩模板,加工时间较长,设备复杂。
  针对以上问题,本项目提出一种飞秒激光辐照结合湿法腐蚀制备硅基、碳化硅基高纵横比微孔和微槽的技术。飞秒激光脉冲微纳加工技术是一种前沿的微米和纳米加工技术。本项目的创新性在于利用超短脉冲激光在硅基或碳化硅基材料内部诱导出高纵横比的结构变化区域,该区域深度可达300 ?m以上。结构改变区域经HF酸或者其它腐蚀液腐蚀去除后形成微孔和微通道。所加工出的微孔和微通道的纵横比可达40:1。微孔和微通道的深度可达300 ?m以上。在硅基和碳化硅基上加工出的微槽和微孔如图1所示。该加工技术工艺简单、加工效率高、加工结构深且纵横比大。此外还具有腐蚀选择性高、无需掩模板、加工结构灵活的特点。
  
  (a) 硅微槽结构 (b)碳化硅微孔
  图1 利用飞秒激光辐照结合湿法腐蚀加工的高纵横比硅基微槽和碳化硅基微孔的结构。
  该技术可应用于微流控生物芯片制备、半导体电子器件隔离槽加工、微机械电子系统的加工中,简化了高纵横比微孔和微槽的加工工艺。