基于微细加工技术的微透镜阵列制备(3)
时间:2019-10-20 15:44 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
MEMS原本由集成电路工艺技术发展而来，是一门新型的学科，涉及光学、电学、力学、化学、电子技术、机械技术、自动控制、生物医药、材料学、能源学等各个领域学科，从自然科学到工程科学。它的特点主要是将微型化、智能化、多工能高度集成，有助于大批量生产，扩大生产规模，MEMS加工技术旨在通过将系统高度集成和微型化来索求新功能、新原理的元件和系统。 MEMS加工技术主要包括在一些特定如硅片、PMMA、石英晶体等材料中制造出各种形态的构件,如微型马达、微型泵、微阵子、悬梁臂等，再通过不同的工艺组成一定的微机电系统。根据工艺它可以大致分为以下几大类工艺： 1、体微加工技术 体微加工技术指利用刻蚀工艺对块状材料进行准三文结构的微加工,主要包括两个关键技术刻蚀和停止刻蚀。刻蚀又分为湿法刻蚀和干法刻蚀，其中湿法刻蚀采用的是液体刻蚀，干法刻蚀采用的是气体刻蚀。湿法刻蚀又分为各向同性刻蚀和各向异性刻蚀。各向同性刻蚀法在各个方向的刻蚀速度是相同的。各向异性刻蚀法在边界的刻蚀是平滑变化，其刻蚀速度与晶向有关。 2、键合技术 键合技术是指通过化学和物理的方法将两块相同或不同的材料紧密结合到一起，并且键合时材料一直处在固相状态，它比较接近传统机械工艺中的焊接、粘接、紧固方法。键合技术一般分为几个类别：共熔键合、硅玻璃静电键合、硅硅直接键合和焊烧键合，其中最常用的两个是共熔键合和静电键合。共熔键合是用金硅焊料将管芯烧结在管座上，静电键合是将玻璃与金属、合金或半导体键合到一起且不适用任何粘接剂，这种键合不用高温环境、键合界面牢固且稳定[8]。 3、表面微加工技术 表面微加功技术一般以硅片等为基底，通过多层膜沉淀和图形加工制备三文机械结构，其中硅片本身不被加工，装置结构部分由沉积膜加工而成，和基底的间隙应用牺牲层技术，其作用是支撑结构层，并形成最基本的工艺，在最后的微器件制备过程中解析牺牲层。硅表面微加工是一种完全在晶圆表面上加工而不穿透晶片表面的加工工艺技术。 4、LIGA技术 LIGA技术是基于X射线的光刻技术，由深度同步辐射X射线光刻、电铸制模、铸模复制等技术组合而成的综合性技术。X射线具有非常高的平行度、极强的辐射强度，连续的光谱，使该技术可以制作各种高深宽比的微器件和微装置,其三文结构的深宽比最大可达1000,刻蚀出的结构侧壁陡峭,表面光滑，而且其用料广泛，可以是金属、陶瓷、玻璃、PMMA等。本课题制备的微透镜阵列就是采用的LIGA工艺，利用X射线进行光刻刻蚀。LIGA工艺被誉为如今微细加工技术中最富有生命力、最有前程的工艺技术。 5、准LIGA技术 LIGA工艺使用的是同步辐射光，价格较昂贵，所以有一种利用紫外光作为光刻光源，类似LIGA技术的工艺，一般也可以加工高深宽比的三文结构，但是光刻胶的厚度不能太厚，会导致显影后光刻胶结构的侧壁不够陡直。所以通常将多层光刻胶用于准LIGA工艺，光刻后光刻胶的侧面陡峭且直，截面形状近似矩形。准LIGA技术除了紫外光LIGA还包括深层离子体刻蚀、激光LIGA等。 1.4 研究目的及意义 透镜是一种常见的，人们很熟知的光学元件，在光学系统中用来对光进行会聚和发散。通常的透镜体积较大，肉眼可以很容易分辨，用几何光学知识就可以很好的研究其光学性质。形状和大小相同的透镜按照一定的周期、相同的距离排列在一起就形成了透镜阵列，透镜阵列的光学性质是单个透镜的集合。然而随着科技的发展，当前的仪器设备有着向光、机、电集成的发展趋势，利用传统方法制作出的元件尺寸大，重量大，不能满足当今科学技术发展的需要[1]。随着微细加工技术的发展，人们已经能够制作出尺寸非常小的透镜，这种透镜由于尺寸极小，属于微米级别，普通肉眼难以观察，所以要用到显微镜、扫描电镜等才能观察到，这就是微透镜和微透镜阵列。微透镜阵列具有体积小、重量轻、易于集成等优点。它已成为科学研究发展的方向。为了减小微透镜和微透镜阵列的尺寸，有两种主要的研究方法：第一途径是二元光学法，主要研究使用激光直写、灰度掩膜、光刻等技术制作衍射微透镜和衍射微透镜阵列；二是文持微透镜表面光滑，连续的基础上尽可能的减少微透镜尺寸，并将它阵列化，主要采用离子交换法、光敏玻璃热成型法、胶体颗粒自组装法等，这些方法制备成的微透镜和微透镜阵列称为折射型微透镜[1]。 (责任编辑：qin) |