1 南京工业职业技术大学机械工程学院, 南京 210000
2 东南大学机械工程学院, 南京 210000
本文针对单晶硅在不同温度、浓度、表面活性剂等多种刻蚀条件下的形貌模拟问题, 构建了硅原子结构模型并分析了其主要晶面刻蚀速率和对应原子结构之间的关系, 提出了适应于单晶硅刻蚀模拟的表层原子刻蚀函数(Si-RPF), 明确了晶面宏观刻蚀速率与原子微观移除概率之间的数值联系, 构建了基于遗传算法的动力学蒙特卡罗各向异性湿法刻蚀工艺模型(Si-KMC)。该工艺模型可以基于台阶流动理论,从原子角度解释单晶硅刻蚀各向异性的成因, 能够明确不同类型的原子在刻蚀过程中的作用和实现对不同刻蚀条件下单晶硅衬底三维刻蚀形貌的精确模拟。对比有无表面活性剂添加条件下的单晶硅刻蚀实验数据和模拟结果表明, Si-KMC刻蚀工艺仿真模型模拟结果可以达到90%以上仿真精度。
单晶硅 湿法刻蚀 表层形貌 晶面 各向异性 活性剂 蒙特卡罗 仿真 mono-crystalline silicon wet etching surface morphology crystal plane anisotropy surfactant Monte Carlo simulation
1 南京工业职业技术大学机械工程学院, 南京 210000
2 东南大学机械工程学院, 南京 210000
当前蓝宝石各向异性刻蚀规律还没有获得完整揭示, 其刻蚀微结构演化过程和形貌结构很难实现准确预测和控制, 给蓝宝石衬底图案化结构加工成型和质量控制带来很大的挑战。本研究基于蓝宝石全晶面刻蚀速率实验数据, 详细分析了其微结构刻蚀成型过程和刻蚀机理, 并对比分析了刻蚀条件对蓝宝石刻蚀微结构和表面形貌的影响规律, 实验结果表明: 适当提高刻蚀温度可以提高刻蚀效率, 但会引起表面质量的下降; 以磷酸为代表的弱电解质类作为刻蚀缓冲剂能够有效提高刻蚀结构面质量; (275±10) ℃, 98%H2SO4∶85%H3PO4(体积配比)=3∶1刻蚀溶液可以获得最优的刻蚀速率和表面质量。
蓝宝石 湿法刻蚀 各向异性 刻蚀条件 刻蚀机理 表面形貌 sapphire wet etching anisotropic etching condition etching mechanism surface morphology
1 江苏省先进光学制造技术重点实验室，江苏 苏州 215006
2 教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
3 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
湿法刻蚀技术作为中阶梯光栅的主要制备方法之一，具有制造成本低、周期短、杂光少、所制作光栅的闪耀角误差小等优点。为解决某高分辨率光谱仪在近红外波段（800~1100 nm）的分光需求，尝试选择70.52°槽顶角的湿法刻蚀硅中阶梯光栅来代替90°槽顶角的传统中阶梯光栅。依据（100）硅光栅的结构特点以及光学设计给出的光栅工作条件，利用有限元数值计算法求解电磁场分布，理论分析了硅中阶梯光栅在工作波段内多个级次的衍射特性。在此基础上，利用紫外光刻-湿法刻蚀技术，在单晶硅基底上制作了槽密度为42 lp/mm、闪耀角为54.74°、有效面积超过46 mm×28 mm的对称V形槽光栅，并根据制备实验结果分析讨论了工艺过程中硅光栅质量的重要影响因素。测试结果表明，该光栅在各工作级次对应闪耀波长下的衍射效率均在45%~55%范围内，满足指标要求。
光栅 中阶梯光栅 硅光栅 紫外光刻 湿法刻蚀 衍射效率 光学学报
2023, 43(13): 1305001
1 浙江大学硅材料国家重点实验室材料科学与工程学院，杭州 310027
2 浙江大学杭州国际科创中心，杭州 311200
碳化硅(SiC)具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿场强高、热导率高、化学稳定性好等优异特性，是制备高性能功率器件等半导体器件的理想材料。得益于工艺简单、操作便捷、设备要求低等优点，湿法腐蚀已作为晶体缺陷分析、表面改性的常规工艺手段，应用到了SiC晶体生长和加工中的质量检测以及SiC器件制造。根据腐蚀机制不同，湿法腐蚀可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀。本文综述了不同湿法腐蚀工艺的腐蚀机理、腐蚀装置和应用领域，并展望了SiC湿法腐蚀工艺的发展前景。
碳化硅 湿法腐蚀 电化学腐蚀 化学腐蚀 晶体缺陷 晶体表面 silicon carbide wet etching electrochemical etching chemical etching crystal defect crystal surface
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Department of Electronics, Peking University, Beijing 100871, China
2 Frontiers Science Center for Nano-optoelectronics, Peking University, Beijing 100871, China
High-performance thin film lithium niobate (LN) electro-optic modulators with low cost are in demand. Based on photolithography and wet etching, we experimentally demonstrate a thin film LN Mach–Zehnder modulator with a 3 dB bandwidth exceeding 110 GHz, which shows the potential of boosting the throughput and reducing cost. The fabricated modulator also exhibits a comparable low half-wave voltage-length product of , a high extinction ratio of , and the propagation loss of optical waveguides of . Besides, six-level pulse amplitude modulation up to is successfully achieved.
lithium niobate electro-optic modulator high bandwidth photolithography wet etching Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 022502
采用基于硝酸/氢氟酸/磷酸/硫酸混合液的湿法腐蚀工艺, 实现了高吸收效率的黑硅结构的制备与工艺集成, 获得了具有近红外响应增强效果的黑硅PIN光电探测器, 并与未集成黑硅的PIN光电探测器的性能参数进行了对比测试。测试结果显示, 黑硅光电探测器在1060nm波长下的响应度达到0.69A/W(量子效率80.7%), 较未集成黑硅的器件提高了116%; 黑硅探测器暗电流小于8nA, 响应时间小于8ns, 电容小于9pF, 与未集成黑硅的器件相当。得益于工艺兼容性, 所采用的黑硅技术具有广泛应用于硅基近红外PIN, APD, SPAD, SPM等光电探测器的潜力, 可显著提高器件的响应率、量子效率、响应速度、击穿电压温度系数等性能。
黑硅 近红外响应增强 光电探测器 湿法腐蚀 暗电流抑制 black silicon near infrared enhancement photodetector wet etching dark current suppression
1 清华大学 精密仪器系, 北京 100083
2 中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
3 吉林大学 电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
作为最基本的微光学元件, 微透镜在多个领域都有非常广泛的潜在应用, 然而常见的面向透明硬脆材料微透镜的制备方法效率低下, 且对作业环境的要求较高, 极大地限制了透明硬脆材料微透镜阵列的大面积制备。空间光调制器作为一种对光场进行调制的设备, 可以方便地实现多焦点或者结构化的光场, 在光通讯、激光加工等领域具有重要的应用潜力。本文介绍了利用飞秒激光烧蚀结合湿法刻蚀制备硬脆材料微透镜阵列的基本方法, 并系统地分析了影响所制备微透镜形貌的关键因素。通过在加工过程中对聚焦光斑的数量和位置进行精细调控, 极大地提高了透明硬脆材料微透镜阵列的加工效率, 且可以在加工过程中动态地调整飞秒激光烧蚀改性的形貌, 从而实现不同尺寸微透镜阵列的高速制备, 展现了空间光场调制技术在微光子集成芯片加工领域的应用前景。
飞秒激光 湿法刻蚀 空间光场调制 微透镜阵列 femtosecond laser wet etching spatial light modulation microlens
1 广东省科学院中乌焊接研究所 中国-乌克兰材料连接与先进制造“一带一路”联合实验室 广东省现代焊接技术重点实验室， 广州50650
2 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子国家重点实验室， 长春13001
利用飞秒激光辅助刻蚀技术，在蓝宝石表面实现了周期、占空比及高度可调的光栅结构。解决了飞秒激光加工硬脆材料时表面质量较差、碎屑堆积导致的加工精度降低和难以制备深结构的问题。蓝宝石光栅结构的粗糙度从78 nm（激光直写后）降低到了7 nm（干法刻蚀后），实现了周期为800 nm光栅，以及深宽比为4的蓝宝石微结构的制备。飞秒激光辅助刻蚀技术能够制备蓝宝石表面高平滑光栅，并对光栅各级次衍射效率进行提升。
飞秒激光 蓝宝石 湿法刻蚀 干法刻蚀 光栅 Femtosecond laser Sapphire Wet etching Dry etching Grating
1 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，陕西 西安 710049
2 重庆大学机械工程学院，重庆 400044
3 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
熔石英光学元件经过精密加工后亚表面存在大量缺陷，这些缺陷在强激光辐照下易引发激光诱导损伤，威胁熔石英元件在紫外激光（351 nm/355 nm）辐照下的正常运行。在湿法刻蚀工艺中，刻蚀液与熔石英材料发生化学反应，钝化亚表面结构裂纹，去除污染杂质，从而降低缺陷对损伤的影响，提高元件抗激光损伤性能。分析了熔石英光学元件的损伤机理，介绍了强酸沥滤、氢氟酸基刻蚀技术及其他湿法刻蚀技术的进展情况，比较了湿法刻蚀中不同刻蚀参数对元件抗激光损伤阈值的影响，总结了该领域的研究现状并对今后的发展趋势进行了展望。
材料 熔石英 光学元件 湿法刻蚀 抗激光损伤性能 激光与光电子学进展
2021, 58(15): 1516026
微透镜阵列是重要的微光学元件，其以良好的成像性能以及小型化、轻型化的优点，被广泛应用于光通信、光信号处理、波前传感、光场调控、数据存储、医学诊断等领域。飞秒激光加工技术具有可控度高、灵活性好、无需掩模、加工精度高等优势，成为近年来微透镜阵列的重要加工方式。本文综述了微透镜阵列飞秒激光加工方法的研究进展，包括飞秒激光双光子聚合加工和化学刻蚀辅助飞秒激光烧蚀加工，介绍了微透镜阵列的应用，分析了制备微透镜阵列的飞秒激光加工方法存在的问题和发展趋势。
激光光学 飞秒激光 微透镜阵列 双光子聚合 激光烧蚀 湿法刻蚀 干法刻蚀 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0500005
