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1、-范文最新推荐- 多孔硅含能材料阵列的制备与测试 摘要论述了多孔硅的特点和制备方法，总结了几种不同方法制备多孔硅材料不同之处。其中，应用单晶硅片双槽电化学腐蚀法制备多孔硅拥有可移植性强、产品性能优良、实验重复性好、制备工艺简单并易于控制反应流程等特点。通过光刻方法进行硅片预处理，形成阵列形式的硅基片，应用双槽电化学腐蚀方法配合光刻技术制备出性能稳定的多孔硅阵列。 通过实验研究了不同电流强度、电解液配比、光刻条件对多孔硅阵列形貌和性能的影响，得到了最优制备工艺。结果表明：使用HF酸乙醇溶液做电解液、以3：1的酸纯比、电流强度10-30mA/cm2，反应时间5min20min时，可以得到发火性能比
2、较优越的多孔硅含能材料阵列。通过磁控溅射镀金属桥，通过超声震荡填充含能材料，制作了易于点火的多孔硅含能材料芯片，初步进行了激光点火和电点火实验。关键词多孔硅阵列双槽电化学腐蚀法10393毕业设计说明书（论文）外文摘要TitlePreparation and test of the porous silicon energetic materials arrayAbstractDiscussed the characteristics and the preparation methods of Porous silicon .Make a distinction between several
3、 different methods of preparingPorous silicon materials .Summed up the application of silicon double tank electrochemical method for preparing porous silicon has strong portability ,product performance ,good experimental repeatability ,simple preparation process and easy control of reaction process
4、characteristics. Through the photolithography wafer pretreatment method form the silicon substrate array .Using double tank electrochemical method with lithography method prepared porous silicon array which has stable performance .Found the different current intensity ratio ,electrolyte ,lithography
5、 conditions on the appearance and performance through the test .research shows that :when use HF acid-ethanol solution as electrolyte ,the ratio of HF to ethanol is 3:1,current intensity is 10-30 mA/cm2, reaction time is 5-20 min ,can get superior Porous silicon which has well ignition quality .Thro
6、ugh the magnetron sputtering gold-plated of bridge and the ultrasound concussion filling energetic materials ,made porous silicon chip which is easy to be ignited .Conduct an preliminary experiment that using laser ignition and electric ignition. 4.1.2 测试流程与结果204.1.3 测试结果分析244.2 电点火实验244.2.1 实验装置244
7、.2.2 测试结果254.2.3 实验总结265 结论与展望27致 谢28参考文献291绪论1.1 研究背景多孔硅(Porous Si)是一种具有纳米级多孔结构的材料，材料表面有海绵状的多孔腔体，一般通过单晶体硅在氢氟酸和乙醇混合配比的溶液下通过阳极氧化来制取。这种具有特殊性能的材料自诞生以来被人们广泛研究。对多孔硅的研究最早要追溯到20世纪60年代：1956年，Uhlir1在研究硅片的电化学抛光时发现多孔硅并报道，但是并没对其做详细总结。随后，1985年，D.Tumer比较详尽地论述了这种物质的表面形态、形成方法和特性2。但是最初人们对多孔硅的认识也只局限于绝缘性和易氧化的特点，1980-1
8、990年这段时间，出现了几种绝缘层上硅（Silicon On Insulator，SOI）衬底技术：区域熔融再结晶法（zone-melting recrystallization ,ZMR）、多孔硅全隔离法（full isolation by porous silicon , FI-POS）、外延横向覆盖生长法（epitaxial later over-growth , ELO）3。其中第三种SOI制备技术依然用于制作三维器件结构。1990年，canham发现了室温下介孔尺寸多孔硅强烈光致发光现象，从而引发了多孔硅材料的研究热潮4。由此，多孔硅的独特性能为人们所认识，多孔硅室温下高效、多色的光
9、致、电致发光的特点，使其在显示技术和超高速处理技术中的应用有很大潜力。利用多孔硅的光学性能，可以制作出光-电、电-光转换器件，应用于卫星的太阳能板及环境传感器等多种设备；用多孔硅制成的发光二极管和激光器可用在数字电路中，用光子代替电子传输信号，使得运算速度大大提高；多孔硅还可以做成光敏、湿敏、气敏元件。此外，多孔硅还可以应用在医学领域：现在已制成一种混杂硅芯片，包含单晶硅层、多孔硅层和羟基磷灰石层，具有生物相容性，它用羟基磷灰石层附于多孔硅之上，作为单晶硅和生物体之间的桥梁，克服了单晶硅不具有生物相容性的缺点，使生物体能容纳而且能传递信息给硅元件。 图1.1原电池法制备多孔硅装置原电池法设备相
10、对简单，操作方便，可以腐蚀出大面积的多孔硅。多孔硅的表面形貌在硅基器件的制作工艺中有着重要的意义，因为作为薄膜器件的基底要求有一定的光滑程度，多孔硅孔洞的大小以及表面的凹凸性会影响器件以及电路在多孔硅基底上的附着力和电学特性，而且多孔硅的导热特性和机械强度性能亦与其表面形貌有关，双槽电化学方法得到的多孔硅样品的表面比较平整。1.2.2 无酸水热腐蚀法无酸水热腐蚀法10：硅片用蒸馏水清洗后，用丙酮和无水乙醇的混合液进行超声波清洗，再用蒸馏水反复冲洗。把清洗好的硅片固定在特制的夹子上，用蒸馏水冲洗硅片的正反面及夹子与硅片的接触面，然后将一定量的SiO(纯度为：99. 9%、颗粒大小：0.75&mu
11、;m、密度：2.1g/cm3 ) 和50mL去离子水均匀混合后，加入GCF型永磁旋转搅拌式反应釜内，最后把硅片水平悬于釜中，由室温缓慢升至在475 ，并在8.1MPa下反应3h，然后自然冷却至室温。整个过程中磁力搅拌器转速设置为90 r/min。从反应釜取出样品，用蒸馏水浸泡，最后在室温下自然晾干并放入干燥箱中烘干制得多孔硅，水热釜构造如图1.2。在此基础上还派生一种原位铁钝化水热制备法11，即在水热釜中加入硝酸铁，产生原位钝化所需要的离子。其他操作步骤类似。实验所用的水热腐蚀液主要由HF和Fe(NO3)3的水溶液组成，此外为了减小腐蚀过程中所产生的氢气泡的不良影响，还加入少量的乙醇。混合溶液
12、中Fe(NO3 )3的浓度控制在0.05mol/ L-2. 0mol/L，HF的浓度为4.0mol/ L-15.0mol/L，乙醇的加入量一般占溶液总体积的1 %2 %，混合液的填充度为水热釜反应室总体积的60 %-90 %。硅片采用单面抛光的P 型单晶硅片或P/ P + 型单晶硅外延片，其电阻率范围为0.05Ω/cm- 除了这些方法，多孔硅还可以通过其它方法制作，这里不做赘述。1.3 本论文研究内容本实验意在寻求制备外观性能优越的多孔硅阵列，通过实验数据观察得出腐蚀条件与多孔硅形貌之间的关系。并在多孔硅中注入氧化剂，制成含能芯片，对样品外观进行表征，进行点火试验，总结发火影响因素
13、。目的是为MEMS火工品提供新的制备技术。通过电化学腐蚀法结合光刻技术制成多孔硅阵列，应用不同浓度的蚀刻液和不同的电压电流强度和时间，优化多孔硅阵列制备工艺条件；利用超声填充技术和离子镀膜，将氧化剂填充到多孔硅阵列并形成发火桥，通过进行不同方式的点火，配合高速摄影观察不同工艺条件工艺与多孔硅发火的关系。2多孔硅阵列制备工艺2.1 光刻2.1.1 光刻原理15光刻工艺与照相技术非常相似，它一般利用紫外光通过掩模版上的图形窗口，照射基底上的光敏薄膜，从而在基底上形成所需的图像。通过光刻工艺，可以将掩模上的图像“转移”到基底上，实现所需要微小图形的加工。本实验需要将多孔硅进行小型化，产生多孔硅阵列，所以硅片要首先经光刻处理，用适当的掩膜板将硅制成阵列后再进行电化学腐蚀。如图2.1所示即为光刻工艺示意图。(a) 正性光刻胶光刻图示（b）负性光刻胶光刻图示图2.1 常见的光刻工艺 9 / 9
