金屬的電化學微區刻蝕方法

2020-11-22 引領科技風潮

長期以來 ,微加工研究主要是針對微電子工業的應用而開展的 ,其加工對象大都是半導體材料 ,如對 Si、Ge、GaAs 及各種金屬氧化物膜等材料的刻蝕 ,而關於金屬及其合金的刻蝕研究則相對較少. 最近幾年 ,隨著微機電系統(MEMS) 研究和應用的深入 ,金屬和合金的刻蝕研究顯得越來越重要. 金屬材料既具有良好的強度和韌性 ,又有良好的導電導熱 ,以及磁學性能 ,在微機電系統中自然也是主要的材料之一

目前 ,金屬材料在微系統中已有多種多樣的應用 ,如微傳感器和微執行器、微熱交換器、壓電陶瓷材料微加工、微 MEMS 器件 、用作微圖形或微結構加工的掩膜 、昆蟲神經記錄儀等等 ,有些微系統或微電子器件必須依賴於金屬微製造和半導體微製造組合加工才能獲得 . 與半導體材料進行微加工的方法相似 ,對金屬材料的微加工也可分為幹法刻蝕和溼法刻蝕兩種 ,幹法刻蝕包括等離子體刻蝕、電子束加工、雷射束加工和氣態反應性離子刻蝕等等,溼法刻蝕包括化學刻蝕和電化學刻蝕.

幹法刻蝕的最大優點是加工速度快 ,但設備成本高 ,缺乏選擇性 ,無法加工出複雜的三維結構(如球體、錐體等) ,其中的三束(雷射束、電子束和離子束) 加工 ,屬於逐點加工 ,無法在一次加工中獲得批量微結構 ,還存在被除去的物質在工件上再沉積的問題 ,並且過高的能量束可能會改變微結構底部被加工材料的原有特性. 化學刻蝕歷史悠久 ,最早出現在宏觀尺度的機械加工工業 ,即所謂的化學銑切 , 彌補了工具機加工的一些缺點 ,但當用於微觀尺度的加工時 ,由於它是各向同性的刻蝕 ,當刻蝕過程在掩膜下不斷往深處發展時 ,則難於嚴格限制在所要求的方向上進行加工 ,即出現所謂鑽蝕現象. 並且 ,如果要進行複雜三維結構的加工 ,必須採用複雜的套刻工藝 ,其影響因素很多 ,故加工精度很難控制. 另外 ,化學刻蝕使用的都是腐蝕性很強的溶液體系[11 ],大量廢液的產生無疑會帶來嚴重的環境汙染.

對比之下 ,電化學刻蝕可使用腐蝕性小的電解質溶液 ,且溶液使用周期長 ,容易處理 ,被認為是一種環境友好的加工工藝 ,而且刻蝕速度比化學刻蝕快得多 ,可加工出更高深寬比的微結構 ,有些電化學刻蝕方法還可方便地加工出複雜三維立體結構. 與 MEMS 相關聯的電化學加工方法有電化學沉積與電化學刻蝕兩種 ,如近幾年出現的 L IGA 技術和 EFAB 技術即屬於電化學沉積(或電鑄) 類. 本文將就當前所出現的幾種電化學刻蝕方法進行綜合評述 ,這裡所定義的電化學刻蝕是指在刻蝕加工過程中牽涉到溶液體系中電極反應的刻蝕技術.

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    組內的前期工作基礎包括氧化物/金屬催化體系中的界面限域效應，5金屬/碳化物催化體系中的SMSI效應，6以及金屬/h-BN體系中二維h-BN對金屬的限域調控作用7, 8等等，證明了在不同體系中催化劑中的界面效應都起著重要的作用。本工作一開始，我們希望通過「自下而上」的方法構建不同的金屬/h-BN界面結構，研究層狀的h-BN材料對金屬催化劑的修飾作用。
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