基于掃描電化學顯微鏡的三維直寫微納加工技術

发布日期:2020-09-30     浏览次数:次   

我院詹東平教授課題組在電化學微納制造研究方面取得重要進展,相關成果“Direct Nanomachining on Semiconductor Wafer By Scanning Electrochemical Microscopy”VIP文章發表于《德國應用化學》 (Angew. Chem. Int. Ed. 2020, DOI: 10.1002/anie.202008697)

采用SECM三維直寫技術在的GaAs晶圓上制做Allen J. Bard教授的微型雕像

能量束直寫是目前微納器件內部三維功能結構的主流制造方法。然而,等離子體束、激光束、電子束、離子束等直寫加工技術,其高能材料去除方式,不僅造成殘余應力、表面和亞表面損傷,損害微納結構的功能,而且設備成本高昂,操作工序複雜。化學能的釋放方式較爲柔和,電化學加工方法可以有效避免上述技術問題。長期以來,由于未能深刻認識電化學反應進程和複雜軌迹機械運動之間的內在耦合關系,電化學在三維微納米功能結構的直寫加工中未能發揮其技術優勢。

課題組在深入研究田昭武先生約束刻蝕劑層技術CELT)反應體系的熱力學和動力學性質的基礎之上,揭示了約束反應進程和複雜軌迹機械運動之間的耦合關系,優化電化學反應條件和複雜軌迹機械運動參數,使電化學反應的去除速率在特定運動條件下遵循Faraday定律,從而將電化學反應參數作爲反饋信號,與複雜軌迹機械運動實現閉環控制,進而將任意型面三維微納米結構轉換成空間分布的電勢/電流分布,實現了微納米精度的電化學直寫加工。研究團隊還發展了以機械接觸力爲反饋機制的三維幾何成像技術——掃描力顯微鏡(SFM),即具有三維微納米成像精度的輪廓儀,實現了在線檢測簣D庸ぞ度分析,進而對所目標微納結構進行檢驗和修正。本方法不僅適用于砷化镓晶圓,還適用于矽和GaPInPGaInP等晶圓,在半導體器件微納加工中具有重要應用價值。

1 GaAs晶圓上采用SECM直寫技術加工的具有規則型面的微光學陣列元件

 2 采用SFM对圖1中微光學陣列元件所做的加工精度分析

  本工作由我院詹東平教授和哈爾濱工業大學精密工程研究所闫永達教授組成的攻關團隊合作完成,論文第一作者是我校航空航天學院韓聯歡助理教授。研究工作得到國家自然科學基金委重大科研儀器研制項目(21827802)和中央高校基本科研業務費(20720190023)等資助。

  论文链接:http://dx.doi.org/10.1002/anie.202008697

 

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