第四讲 碱性各向异性刻蚀

碱性各向异性刻蚀

优缺点：

工艺开发水平较高；结构几何尺寸能够精确控制（晶体结构）；整体的设备投资少，成本相对低；批量加工制造能力强；潜在的可以与CMOS工艺集成能力；

缺点：

?无法或者很难获得垂直的侧面，因而结构的体积和构造方

式有一定制约；

?一般需双面光刻，成本有所上升（并非湿法独有）

?KOH与半导体工艺不兼容，只能安排在最后完成，但是

可以选择其它的刻蚀液以求得兼容

?刻蚀设备简单，但是控制不够精确

?加工时间比较长（刻蚀深度足够大），可能导致其它的问

题

?依据晶相结构的成型规律显著制约了微结构设计的灵活

性，复杂且难以精确预计的凸角补偿使人望而却步。

湿法各向异性刻蚀因为这些缺点正在被逐渐进步的干法刻蚀工艺排挤，但是，目前和不久的将来它仍然是广泛应用的技术，特别是在深度微结构大规模生产工艺中。

各向异性刻蚀的基本原理：单晶硅的不同晶面在部分刻蚀剂溶液中，刻蚀速率各有不同，一部分快，一部分慢，当一块单晶硅暴露于刻蚀剂中，刻蚀快的晶面随着刻蚀进程逐渐趋

于消失，而刻蚀速度慢的晶面则倾向于作为终止层得以保留，构成最后结构的组成部分。

各向异性刻蚀的主要优点和缺点盖源于此

多种碱性溶液可以胜任各向异性刻蚀的工作，但是其中最著名者当属KOH，其次是EDP（乙二胺＋对苯二酚＋水），还有TMAH（四甲基氢氧化铵）、肼（联胺）、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化铯以及氨水等。

从工艺兼容性、刻蚀选择比等角度比较，EDP最佳，但是其中的乙二胺毒性比较大，而且易挥发，所以。在升温的体系中比较难以接受，因此已经被大多数工艺线所摈弃，目前最多使用的是KOH。

稀的KOH没有显著毒性，但是也是危险的化学品，特别是在60-100度的刻蚀温度区间内，它的腐蚀能力十分了得，操作要特别注意自我保护。

一个简单的装臵就能够满足使用要求，更为简单的是无上盖回流装臵的外溢式结构，辐射加热兼磁力搅拌的方式。无论何种体系，整个装臵必须臵于通风柜内工作，以散逸持续产生的氢气。

KOH体系中可以采用的掩膜介质有二氧化硅、氮化硅、炭化硅、金属等也可用，其中二氧化硅占绝对优势地位，炭化硅最佳，而氮化硅因内应力会损坏最终形成的脆弱结构。

二氧化硅与硅100面的刻蚀速率比值很高，一般地，2微米以下的掩膜足以在大多数情况下使500微米左右的硅片刻蚀洞穿。

单纯从掩膜稳定性考虑，应该选择刻蚀剂浓度接近15%的体

系，此时二氧化硅刻蚀速率很低，而硅腐蚀速率已经达到最

高范围。

但是常用的体系是30-40%左右，主要原因在于刻蚀面的形貌。

设计工艺时可以根据目标灵活选择。

掩膜的图形化一般采用湿法刻蚀，刻蚀剂用BHF，需要注意为侧向刻蚀造成的线宽变化预留空间，一般1.5－2微米的二氧化硅刻蚀造成的线条展宽应该在3-4微米左右，但是刻蚀剂的成份、工作温度、掩膜光刻胶结合力等都会有显著影响，有时钻蚀严重会造成线条剥离。

在必须控制尺寸的情况下，可以采用金属过渡掩膜或者干法刻蚀二氧化硅掩膜。干法刻蚀的过渡掩膜是普通的光刻胶，厚度3-4微米足够，以三氟甲烷和六氟化硫为刻蚀剂，RIE 刻蚀可以充分保证线宽精度。

此外，PECVD生长的炭化硅和氮化硅都不会在KOH中产生腐蚀，所以，也可以最为精密线宽控制的掩膜，但是它们同样必须用干法刻蚀图形化。

一些金属辅以适当的衬底可以作为稳定掩膜材料使用，但是通常它们的可靠性有一定问题，主要是剥离。

解释晶面依赖性的理论主要有：化学键结合强度，悬挂键，活化能等，但是至今没有一个全面可靠的统一解释可以得到一致公认。

KOH刻蚀液的底切作用将持续攻击掩膜直到111面完全暴露。

刻蚀仅在111面形成凹角结合时才会实质性终止

无掩膜刻蚀的凸角方形平台

顶面保护侧壁刻蚀可以得到悬臂梁微结构

利用110硅制备侧壁陡直的硅结构，以及纳米硅线

基于110硅片的高深宽比硅薄膜结构

不同浓度的刻蚀液界面粗糙度与温度关系

超声波搅拌可以显著提高刻蚀速率

超声波搅拌还可以以改进刻蚀界面的均匀性

无搅拌，磁力旋转搅拌和超声波搅拌的效果，两组图片所用的刻蚀剂分别是KOH和EDP

200微米刻蚀的深度不均匀性

单从刻蚀反应的均匀性考虑，利用体硅刻蚀制备微米级硅薄膜是困难的。

单面刻蚀（镂空）的难题：

KOH强烈的腐蚀性和渗透能力，使对硅片进行选择性保护成为非常困难的问题，夹具的设计是人们的首选。

要兼顾密封性能和受力程度，是很难取舍的问题。

可以考虑的改进措施：

用一对硅片背靠背互相保护，需要合适的黏合剂用惰性材料覆盖全部屏蔽区

各向同性和各向异性

各向同性和各向异性 正文 物理性质可以在不同的方向进行测量。如果各个方向的测量结果是相同的,说明其物理性质与取向无关,就称为各向同性。如果物理性质和取向密切相关，不同取向的测量结果迥异，就称为各向异性。造成这种差别的内在因素是材料结构的对称性。在气体、液体或非晶态固体中，原子排列是混乱的,因而就各个方向而言,统计结果是等同的，所以其物理性质必然是各向同性的。而晶体中原子具有规则排列，结构上等同的方向只限于晶体对称性所决定的某些特定方向。所以一般而言，物理性质是各向异性的。例如，α－铁的磁化难易方向如图所示。铝的弹性模量E沿【111】最大(7700kgf/mm2),沿【100】最小(6400kgf/mm2)。对称性较低的晶体（如水晶、方解石）沿空间不同方向有不同的折射率。而非晶体(过冷液体)，其折射率和弹性模量则是各向同性的。晶体的对称性很高时，某些物理性质(例如电导率等)会转变成各向同性。当物体是由许多位向紊乱无章的小单晶组成时，其表观物理性质是各向同性的。一般合金的强度就利用了这一点。倘若由于特殊加工使多晶体中的小单晶沿特定位向排列（例如金属的形变“织构”、定向生长的两相晶体混合物等），则虽然是多晶体其性能也会呈现各向异性。硅钢片就是这种性质的具体应用。 各向同性和各向异性 各向同性与均匀介质的区别？ 一套厚层砂岩，岩性，粒度在横向上，垂向上都没有变化，我们可以认为是均匀介质，它的电阻率、孔隙度肯定相同或差别非常小，可以认为各向同性；但这层砂岩的渗透率却是各向异性的，因为沿着水流方向和垂直河流方向的渗透率明显不同。 非均质多孔介质：指材料的细观组成或微观组成颗粒在某种力学或结构参数上，如渗透系数、强度等。而本文的非均质多孔介质：指材料的孔隙在空间上分布的不均匀性 非稳定流：定义：任一点的运动要素(如流速、压强、密度等)随流程、时间等不断发生变化的水流。

湿法刻蚀毕业论文

苏州市职业大学 毕业设计（论文）说明书 设计（论文）题目太阳能电池片湿刻蚀的应用系电子信息工程系专业班级08电气2 姓名李华宁 学号087301218 指导教师孙洪 年月日

太阳能电池片湿刻蚀的应用 摘要 湿刻就是湿法刻蚀，它是一种刻蚀方法，主要在较为平整的膜面上刻出绒面，从而增加光程，减少光的反射，刻蚀可用稀释的盐酸等。湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。它是一种纯化学刻蚀，具有优良的选择性，刻蚀完当前薄膜就会停止，而不会损坏下面一层其他材料的薄膜。着重研究各种化学品的流量对电池片刻蚀深度的影响。首先查看各种资料，掌握本课题相关的知识:通过对氢氟酸，硝酸，盐酸，氢氧化钠等化学品流量，温度，湿度等对太阳能电池片的影响。通过技术软件分析，优化工艺参数，得到最优参数。 关键词：湿法刻蚀；腐蚀；流量；太阳能电池

Solar cell wet etching application Abstract Wet carved is wet etching, it is a kind of etching method, mainly in the relatively flat membrane surface, thereby increasing suede carving out process, reduce light light reflection, etching available dilute hydrochloric acid etc. Wet etching is will etching materials soaked in a mordant within the corrosion of technology. It is a kind of pure chemical etching, has excellent selectivity, etching the current film will cease, and won't damaged following a layer of film to other materials. Research on various chemicals to the flow the influence of battery piece etching depth. First check all kinds of material, grasps this topic relevant knowledge: by hydrofluoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, sodium hydroxide etc chemicals flow, temperature, humidity and so on the influence of solar cell. Through technology software analysis, optimization of process parameters, obtain optimal parameters. Keyword:wet etching; Corrosion; Flow; Solar battery

渗透

渗透 shèntòu ①低浓度溶液中的水或其他溶液通过半透性膜进入较高浓度溶液中的现象。如植物细胞的原生质膜、液泡膜都是半透性膜。植物的根主要靠渗透作用从土壤中吸收水分和矿物质等。 ②军队利用敌部署的间隙或有利地形秘密渗入敌纵深或后方的作战行动。战术渗透通常由小分队实施，战役渗透通常由大部队实施。 ③比喻一种势力逐渐进入到其他方面。 渗透(osmosis) 是指水分子以及溶剂通过半透性膜的扩散。水的扩散同样是从自由能高的地方向自由能低的地方移动，如果考虑到溶质的话，水是从溶质浓度低的地方向溶质浓度高的地方流动。更准确一点说，是从蒸汽压高的地方扩散到蒸汽压低的地方。被半透膜所隔开的2种液体,当处于相同的压强时纯溶剂通过半透膜而进入溶液的现象，称参透。参透作用不仅发生于纯溶剂和溶液之间，而且还可以在同种不同浓度溶液之间发生，低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度的溶液中。砂糖，食盐等结晶体之水溶液，易通过半透膜，而糊状，胶状等非结晶体则不能通过渗透作用是具有液泡的成熟的植物细胞吸收水分的方式，原理是：原生质层具有选择透过性，原生质层内外的溶液存在着浓度差，水分子就可以从溶液浓度低的一侧通过原生质层扩散到溶液浓度高的一侧。溶液渗透压的高低与溶液中溶质分子的物质的量的多少有关，溶液中溶质分子物质的量越多，渗透压越高，反之则越低。在比较两种溶液渗透压高低时以两种溶液中的溶质分子的物质的量为标准进行比较。如果溶质分子相同，也可以质量分数比较。能够通过渗透作用吸水的细胞一定是一个活细胞。一个成熟的植物细胞是一个渗透系统。验证通过渗透作用吸水或失水的最佳实例是质壁分离和质壁分离复原的实验。一次施肥过多引起“烧苗”，是由于土壤溶液的浓度突然增高，导致植物的根细胞吸水发生困难或不能吸水所至。盐碱地里大多数农作物不能正常生长的原因之一也是土壤溶液浓度过高造成的。淹制的鱼、肉等不易变质，是由于高浓度的盐溶液使细胞等微生物失水死亡之故。 渗透是低浓度溶液中的水或其他溶液通过半透性膜进入较高浓度溶液中的现象。如植物细胞的原生质膜、液泡膜都是半透性膜。植物的根主要靠渗透作用从土壤中吸收水分和矿物质等。 水的扩散同样是从自由能高的地方向自由能低的地方移动，如果考虑到溶质的话，水是从溶质浓度低的地方向溶质浓度高的地方流动。更准确一点说，是从蒸汽压高的地方扩散到蒸汽压低的地方。 被半透膜所隔开的2种液体,当处于相同的压强时纯溶剂通过半透膜而进入溶液的现象，称参透。参透作用不仅发生于纯溶剂和溶液之间，而且还可以在同种不同浓度溶液之间发生，低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度的溶液中。砂糖，食盐等结晶体之水溶液，易通过半透膜，而糊状，胶状等非结晶体则不能通过。渗透系数

磁晶各向异性

磁晶各向异性 1基本概念 实验表明磁体在某些方向易被磁化而在另一些方向较难被磁化.如铁单晶的[100]晶轴方向磁化很容易达到饱和而[111]晶轴难以达到饱和。这说明铁单晶在磁性上式各向异性的。为了表示这种磁各向异性，把最易磁化的方向称为磁各向异性，该方向的晶轴称为易磁化轴。 图1.1铁单晶沿不同 图1.2镍单晶沿不同 图1.3Co 单晶在不同 方向的磁化曲线 方向的磁化曲线 方向的磁化曲线 如图1.1，铁单晶的易磁化轴为[100]轴。从能量的观点而言，铁磁体从退磁化状态达到饱和状态，M-H 曲线与M 轴之间所包围的面积等于磁化过程中所作的功。 00 M W HdM μ=? 1.1） 该磁化功即铁磁体磁化时所需要的能量。显然，沿着易磁化轴和难磁化轴达到磁化饱和所需要的磁化能大小不同，即磁化能和晶轴有关，因此我们将这种与磁化轴方向有关的能量称为磁各向异性能。磁各向异性能定义为在铁磁体从退磁化状态中沿不同方向达到饱和状态所需要的能量。显然磁各向异性能与晶轴取向有关。 图1.4立方晶体 图1.5六角晶体 磁晶各向异性大小用磁晶各向异性常数来衡量。对于立方晶体，磁晶各向异性常数这样来定义：单位体积的铁磁单晶体沿[111]轴和[100]轴达到饱和磁化所需要的能量。 000[111] 0[100]1()s s M M K HdM HdM V μμ=-?? 1.2） 同理六角晶体的磁晶各向异性常数定义为：单位体积的铁磁单晶体沿[1010]轴和[0001]轴达 到饱和磁化所需要的能量。

000[1010] 0[0001]1()s s M M K HdM HdM V μμ=-?? 1.3） 结合图1.1、图1.2、图1.3可知铁单晶、钴单晶的K 为正值而镍单晶的K 为负值。 2单轴磁晶各向异性 磁晶各向异性可以为单轴磁晶各向异性和多轴磁晶各向异性。单轴各向异性是磁晶各向异性的最简单形式，即自发磁化的稳定方向即易磁化方向平行于某一特殊晶轴。如六方晶系钴的自发磁化方向平行于 C 轴，这就表现出强的单轴各向异性。或者说平行于某一晶轴磁各向异性能量最小。 2.1六角晶体磁晶各向异性 以KU F 表示单轴磁晶各向异性能密度，当自发磁化强度s M 偏离易磁化轴[0001]轴θ角时，磁晶各向异性能随θ角增大而增大，当90θ =时达到最大，180θ=时恢复为0θ= 的值。因此KU F 是sin θ的函数。其次θ无论向左向右，虽然θ方向在变,但(sin )KU F θ在对称位置上不变，所以(sin )KU F θ只含sin θ的偶次方项，即： 2460123 K sin K sin K sin cos 6KU U U U KU F K F θθθ? ααα =+++，， 2.1） 图2.1 图2.2 一般情况下,只考虑与θ有关的项,KU F 只取到4 sin θ项 2.2立方晶体磁晶各向异性 立方晶系各向异性能可用磁化强度矢量相对于三个立方边的方向余弦 123ααα，，来表示。由于立方晶体的高对称性，各向异性能可用一个简单的方法来表示：

渗透率各向异性测试系统的主要配置

渗透率各向异性测试系统的主要技术参数 研制的渗透率各向异性测试系统主要由井下开/关井控制系统、井下封隔器、井下温压传感器、井口数据记录和采集系统、高压水泵、高压管线和储水罐，全部部件均具有防爆功能。（1）井下开/关井控制系统：该套系统能够实现自动的开井和关井，适应90mm的煤层井眼。外径：80mm；通径：10mm；工作压力：20MPa。共2套。 （2）井下封隔器：3套。针对煤矿井下煤层钻孔孔身结构复杂和个别高地应力等特殊地质条件，需设计研制大膨胀高强度特殊封隔器。适应90mm的煤层井眼。外径：80mm；芯轴：60mm；工作压力：20MPa。 （3）自动存储式传感器。压力量程0-1500psi，和0-750psi，温度量程：0-125℃，压力精度：≤0.05FS，压力分辨率：0.0003％，采样速率：≥1s，存储能力：100万组数据点。其中，DDI-O-100-0.75型5个，配套电池12块；DDI-T-125-1.5型6个，配套电池12块。 （4）井口数据记录和采集系统：2套。主要记录和采集注入过程排量和井口压力数据，包括防暴计算机、DMF-1-3-A型流量计、1332型压力传感器、压力表等。流量采集器量程：100-5000ml/min，工作压力10MPa；压力采集器量程：0-10MPa。 （5）井口注入系统：2套。控制注入流体速率和注入压力，包括不锈钢球阀高压阀门、不锈钢针形调节阀和不锈钢材质连接管件，工作压力20MPa。尺寸：60cm(长)×40cm（宽）×100cm（高）。 （6）WELL- T3622B型高压水泵：3台。防暴，轻便，方便井下运输。压力5000psi，流量25L/min。（7）高压管汇：2个。满足各部件之间的连接，额定压力20MPa，长度40m，包括高压钢管和高压软管、井口三通。 （8）YBK2-160L-4型水泵用马达：3台。防暴，需与高压泵水泵的各向参数相匹配。 （9）储水罐：2个。不锈钢材质，尺寸：100cm(长)×100cm（宽）×100cm（高），容量1m3，具有液位显示功能，方便运输。

各向异性磁阻传感器与磁场测量

图5-10-1磁阻电桥 实验5-10 各向异性磁阻传感器与磁场测量 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应，磁阻传感器利用磁阻效应制成。 磁场的测量可利用电磁感应，霍耳效应，磁阻效应等各种效应。其中磁阻效应法发展最快，测量灵敏度最高。磁阻传感器可用于直接测量磁场，如弱磁场测量，地磁场测量，各种导航系统中的罗盘，计算机中的磁盘驱动器，各种磁卡机等等。磁阻传感器也可通过磁场变化测量其它物理量，如利用磁阻效应已制成各种位移、角度、转速传感器，各种接近开关，隔离开关，广泛用于汽车，家电及各类需要自动检测与控制的领域。 磁阻元件的发展经历了半导体磁阻（MR ），各向异性磁阻（AMR ），巨磁阻（GMR ），庞磁阻（CMR ）等阶段。本实验研究AMR 的特性并利用它对磁场进行测量。 【实验目的】 1． 了解AMR 的原理并对其特性进行实验研究。 2． 测量赫姆霍兹线圈的磁场分布。 3． 测量地磁场。 【实验原理】 各向异性磁阻传感器AMR （Anisotropic Magneto-Resistive sensors ）由沉积在硅片上的坡莫合金（Ni80 Fe20）薄膜形成电阻。沉积时外加磁场，形成易磁化轴方向。易磁化轴是指各向异性的磁体能获得最佳磁性能的方向，也就是无外界磁干扰时磁畴整齐排列方向。 铁磁材料的电阻与电流和磁化方向的夹角有关，电流与磁化方向平行时电阻R max 最大，电流与磁化方向垂直时电阻R min 最小，电流与磁化方向成θ角时，电阻可表示为： R = R min ＋(R max －R min )cos2θ （5-10-1） 在磁阻传感器中，为了消除温度等外界因素对输出的影响，由4个相同的磁阻元件构成惠斯通电桥，结构如图5-10-1所示。图5-10-1中，易磁化轴方向与 电 流方向的夹角为45度。理论分析与实践表明，采用45度偏置磁场，当沿与易磁化轴垂直的 方向施加外磁场，且外磁场强度不太大时，电桥输出与外加磁场强度成线性关系。 无外加磁场或外加磁场方向与易磁化轴方向平行时，磁化方向即易磁化轴方向，电桥的4个桥臂电阻阻值相同，输出为零。当在磁敏感方向施加如图29-1所示方向的磁场时，合成磁化方向将在易磁化方向的基础上逆时针旋转。结果使左上和右下桥臂电流与磁化方向的夹角增大，电阻减小ΔR ；右上与左下桥臂电流与磁化方向的夹角减小，电阻增大ΔR 。通过对电桥的分析可知，此时输出电压可表示为：

金属辅助刻蚀制备黑硅形貌及光吸收率的研究

Modern Physics 现代物理, 2019, 9(1), 43-47 Published Online January 2019 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/bf16569370.html,/journal/mp https://https://www.wendangku.net/doc/bf16569370.html,/10.12677/mp.2019.91006 Study on Morphology and Light Absorption Rate of Black Silicon Prepared by Metal Assisted Etching Xu Li College of Science, Changchun University of Science and Technology, Changchun Jilin Received: Dec. 16th, 2018; accepted: Jan. 1st, 2019; published: Jan. 8th, 2019 Abstract Systematic studies were conducted to determine the effect of silver particle concentration on the morphology of black silicon and their resulting light absorption characteristics when preparing black silicon by metal assisted chemical etching (MaCE). Silver particles were deposited by a mixed solution of 0.01 mol/L, 0.02 mol/L, and 0.03 mol/L of silver nitrate and hydrofluoric acid, respectively, and then etched using the same experimental parameters to prepare a black silicon structure of N-type silicon. The surface morphology of black silicon was tested by scanning elec-tron microscopy (SEM), and the light absorption of black silicon was measured using an integrat-ing sphere device. It can be observed from the results that when the concentration of the silver particles are deposited during the silver particles’ increases, the silver particles are aggregated phenomenon during the deposition process, so that the aperture of black silicon produced be-comes large, the light absorption rate in the visible and near infrared range improves. Keywords Metal Assisted Chemical Etching, Black Silicon, Light Absorption Rate 金属辅助刻蚀制备黑硅形貌及光吸收率的研究 李旭 长春理工大学理学院，吉林长春 收稿日期：2018年12月16日；录用日期：2019年1月1日；发布日期：2019年1月8日 摘要 进行系统研究以确定银粒子的浓度对金属辅助化学蚀刻(MaCE)制备黑硅时，对黑硅的形貌以及它们的所

粒子的各向异性和粒子间的相互作用对超顺磁Fe Au多分子层矫顽磁性和剩磁的影响

粒子的各向异性和粒子间的相互作用对超顺磁Fe / Au多分子层矫顽磁性和剩磁的影响 摘要：Fe/Au(111)多层结构(MLS)的磁矫顽磁性(HC)和剩磁(MR)根据温度影响 进行研究，这种结构包含由直流溅射方法制备的亚纳米级的厚铁，该研究从实验和理论上两方面着手进行。磁化过程的测量在8 - 315 K的温度范围内使用了在极地和纵向克尔几何的磁技术。为粒子尺寸分布系统开发的理论模型很好的解释了这次的实验结果，,其中包括在平均场中磁粒子间的相互作用方法和粒子依赖温度的各向异性。结果表明，正确理论性描述质点系的有效HC(T)和MR(T)的关键因素在于应该像对待粒径分布规律一样地平等对待磁矫顽磁性和剩磁。通过系统的研究，有效的磁各向异性的主导因素来自于粒子形状的各向异性。Fe/Au MLS提供的结果表明，仅靠系统的矫顽磁性模型是不够的，带有磁性的剩磁模型同样重要。这个模型能和粒径分布规律一起用于其他复杂的离子键相互作用系统。 1 概论 纳米级系统的磁性性能引起越来越多的人对它感兴趣的原因不仅仅在于它们对基础性研究的重要性，还因为纳米元件在未来的应用前景[1,2]。这些系统的一个重要种类是由粒子系统组成的，其中人工合成的具有特定大小的纳米颗粒分布在无磁性的基体之中[3–9]。 由单矢畴粒子组成的最简单单分散系统的理论模型出现在奈尔[10、11]、布朗[12]、斯托纳和沃尔法思[13]、比恩和利文斯顿[14]的创始工作中,并且在这个领域有着丰富的文献。（供查询，参考文献，[15 - 17]引用在其中） 单矢畴磁性粒子组成的系统有着相同的体积，使它存在着一个TB温度，称作阻塞温度，在该温度之上系统有顺磁性物质的性能，这样的系统被称作超顺磁性物质[14]。系统的TB阻塞温度和磁各向异性常数以及粒子的体积大小有关。 超顺磁性粒子结构的这个重要种类有在准备阶段自动形成的特点，这些系统是由大小不同粒子尺径的粒子构成的。有不同粒径分布的粒子合金在几篇文献中被讨论研究[18–21]。 由于多分子层结构带有较小厚度的的磁性下层，这种涂层经常出现间断的情况并且包含不同大小尺寸的粒子集合体[22–26]。这些多相的形成主要依赖于分层结构准备阶段的方法和条件以及系统类型。在室温的条件下，多分子层结构的磁性性能经常出现超顺磁性粒子系统的典型特征。随着温度的降低，最大尺寸的粒子逐渐变得移动受阻，而且在逐渐增强的外力场下磁化曲线呈现出迟滞现象[22]。 描述诸如多分子层结构的复杂系统的矫顽磁性和剩磁通常需要考虑以下几个重要方面：1、纳米粒子的尺径大小分布[27,22]；2、磁各向异性和磁化对温度明显的依赖[28,29]；3、不同的纳米粒子间磁性的相互作用和影响[30,31]。 将1~3所有的因素考虑进矫顽磁力和剩磁模型的计算中最直接的方法是仿照粒子系统采用不同的蒙特卡罗技术。这个运算是用来计算带有不同类型相互作

磁各向异性

第四章磁各向异性，磁畴和超顺磁 （Lisa Tauxe著，刘青松译） 推荐读物 关于专业背景知识，可以阅读Butler (1992) 第三章(pp. 41 55) 关于统计力学的背景知识，参见https://www.wendangku.net/doc/bf16569370.html,/wiki/Statistical mechanics 更多信息详见Dunlop and ?zdemir (1997) 第2.8和5章 4.1 前言 由第3章我们得知，即使在无外场的情况下，一些晶体中的电子自旋也会按照一定方式排列，从而产生自发磁化强度。这些铁磁性的颗粒能够携带古地磁场信息，这便是古地磁学的基础。到底是什么原因使得这些磁性颗粒能够沿着古地磁场方向排列并达到平衡状态？是什么原因使得岩石最终锁定这些剩磁，以至于在数百万甚至数十亿年后还能被地质学家测得？我们将再下面几章回答这些问题。 图4.1：a) 磁铁矿八面体。b) 晶体内部结构。大个的红球代表氧离子，蓝色和黄色小球是在八面体和四面体中的铁离子。在A区只有Fe3+，在B区有Fe3+和Fe2+。c) 在一个磁铁矿

晶体内部随方向变化的磁晶体各向异性能。易磁化轴(能量最低)沿着晶体对角线方向(改自Williams和Dunlop, 1995)。d) 一个磁铁矿立方晶体的磁化强度随外场变化的模拟结果。外场从饱和状态逐渐减小到0，然后变号并且朝反方向逐渐增大。[111]为易磁化轴，沿对角线方向且能量最低。[001]为边线方向，是难磁化轴，能量最高。 首先我们讨论第二个问题：磁化强度沿某一特定方向排列的机制是什么？简单说来就是在磁晶体中，某些方向处于低能状态，而在另外一些方向则处于高能状态。因此，为了使得磁化强度从一个易磁化轴转换到另外一个易磁化轴，就需要能量。如果这个能垒（energy barrier）比较高，那么磁性颗粒就能够在非常长的时期内在某一特定方向保持磁化状态。下面我们将讨论是什么造成了这一能垒。 4.2 颗粒的磁能 4.2.1 磁矩与外场 由经验得知，磁场对应着某种能量。和处于重力场中的物体存在势能一样，磁矩放在磁场中也存在能量。这个能量有多种叫法，在此我们称之为静磁相互作用能密度(magnetostatic interaction energy density, E h)： 当M沿着B的方向时E h最小。正是这个能量使得磁针向外场方向偏转，从而达到能量最低状态。 图4.2: 磁铁矿的K1和K2随着温度变化的曲线(改自Dunlop和Ozdemir, 1997)。 4.2.2 交换能 在第三章中我们得知，由于量子机制，一些晶体具有铁磁性。在一些晶体中，相邻的电子轨道“互知”彼此的状态。为了避免两个相同的旋转状态共享一个轨道(泡利不相容原理)，这些电子自旋按照一定方式排列。根据它们的相互作用状态，它们或者平行或者反向平行。磁交换能密度是自发磁化强度的源。对于一对电子自旋，其表达式为：

第八章_基本光刻工艺流程-表面准备到曝光

第八章基本光刻工艺流程-表面准备到曝光 概述 最重要的光刻工艺是在晶圆表面建立图形。这一章是从解释基本光刻工艺十步法和讨论光刻胶的化学性质开始的。我们会按照顺序来介绍前四步（表面准备到对准和曝光）的目的和执行方法。 目的 完成本章后您将能够： 1．勾画出基本的光刻工艺十步法制程的晶圆截面。 2．解释正胶和负胶对光的反应。 3．解释在晶圆表面建立空穴和凸起所需要的正确的光刻胶和掩膜版的极性。4．列出基本光刻十步法每一步的主要工艺选项。 5．从目的4的列表中选出恰当的工艺来建立微米和亚微米的图形。 6．解释双重光刻，多层光刻胶工艺和平整化技术的工艺需求。 7．描述在小尺寸图形光刻过程中，防反射涂胶工艺和对比增强工艺的应用。8．列出用于对准和曝光的光学方法和非光学方法。 9．比较每一种对准和曝光设备的优点。 介绍 光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面层上的所规定的特定区域的基本操作（图8.1）。Photolithography是用来定义这个基本操作的术语。还有其它术语为Photomasking, Masking, Oxide或者Metal Removal （OR,MR）和Microlithography。 光刻工艺是半导体工艺过程中非常重要的一道工序，它是用来在不同的器件和电路表面上建立图形（水平的）工艺过程。这个工艺过程的目标有两个。首先是在晶圆表面建立尽可能接近设计规则中所要求尺寸的图形。这个目标被称为晶圆的分辨率（resolution）。图形尺寸被称为电路的特征图形尺寸（feature size）或是图像尺寸（image size）。 第二个目标是在晶圆表面正确定位图形（称为Alignment或者Registration）。整个电路图形必须被正确地定位于晶圆表面，电路图形上单独的每一部分之间的相对位置也必须是正确的（图8.2）。请记住，最终的图形是用多个掩膜版按照特定的顺序在晶圆表面一层一层叠加建立起来的。图形定位的的要求就好像是一幢建筑物每一层之间所要求的正确的对准。很容易想象，如果建筑物每一层和每一层不能很好地对准，那么它会对电梯以及楼梯带来什么样的

金属的湿法刻蚀工艺配方

Etching Metal Films Electronics/MEMS materials etching sheet (pdf) Wet Chemical Etching (all ratios are by volume unless noted otherwise) Ag Al, Au Cr, Cu, Ni, Sb Ti Aluminum "metal etch" (3:3:1:1 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O) 8.7 angstrom/sec@RT "metal etch" (3:3:1:1 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O)<4min/micron@40C "Al fine line etch 1" (4:1:4:1 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O) 30min/micron "Al fine line etch 2" (1:2 HCl:H2O) "Al fast etch" (17:1:3 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2) ~5 min/micron Antimony "metal etch" (3:3:1:1 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O) <<3min/1000A@50C Chromium "Cyantek CR-7s" (Perchloric based) 7 min/micron (24A/s new) "Cr acid etch" (1:1 HCl:glycerine) 12min/micron after depassivation "Cr base etch" (1:3 [50gNaOH+100mlH2O]:[30g K3Fe(CN)6+100mlH2O]) 1hr/micron Gold "Aqua Regia" (3:1 HCl:HNO3) ~1.5 seconds/micron "Au mask etch" (10g KI, 2.5g I2, 100ml H2O) 1min/micron Copper 150g Sodium persulfate:1000ml H2O ~20s/micron @ 45C Use only as a last step outside of the microengineering lab. When free of Fe, this solution is selective for Cu against Ni (added iron salts will cause Ni corrosion) Nickel "metal etch" (3:3:1:1 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O) ~15min/micron@RT with air exposure every 15 seconds Silver "dilute metal etch" (3:3:23:1 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O) ~10min/100A

各向异性磁阻传感器与磁场测量

图5-10-1磁阻电 实验5-10 各向异性磁阻传感器与磁场测量 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应，磁阻传感器利用磁阻效应制成。 磁场的测量可利用电磁感应，霍耳效应，磁阻效应等各种效应。其中磁阻效应法发展最快，测量灵敏度最高。磁阻传感器可用于直接测量磁场，如弱磁场测量，地磁场测量，各种导航系统中的罗盘，计算机中的磁盘驱动器，各种磁卡机等等。磁阻传感器也可通过磁场变化测量其它物理量，如利用磁阻效应已制成各种位移、角度、转速传感器，各种接近开关，隔离开关，广泛用于汽车，家电及各类需要自动检测与控制的领域。 磁阻元件的发展经历了半导体磁阻（MR ），各向异性磁阻（AMR ），巨磁阻（GMR ），庞磁阻（CMR ）等阶段。本实验研究AMR 的特性并利用它对磁场进行测量。 【实验目的】 1． 了解 AMR 的原理并对其特性进行实验研究。 2． 测量赫姆霍兹线圈的磁场分布。 3． 测量地磁场。 【实验原理】 各向异性磁阻传感器AMR （ Anisotropic Magneto-Resistive sensors ）由沉积在硅片上的坡莫合金（Ni80 Fe20）薄膜形成电阻。沉积时外加磁场，形成易磁化轴方向。易磁化轴是指各向异性的磁体能获得最佳磁性能的方向，也就是无外界磁干扰时磁畴整齐排列方向。 铁磁材料的电阻与电流和磁化方向的夹角有关，电流与磁化方向平行

时电阻R max最大，电流与磁化方向垂直时电阻R min最小，电流与磁化方向成θ角时，电阻可表示为： R = R min＋(R max－R min)cos2θ（5-10-1）在磁阻传感器中，为了消除温度等外界因素对输出的影响，由4个相同的磁阻元件构成惠斯通电桥，结构如图5-10-1所示。图5-10-1中，易磁化轴方向与电流方向的夹角为45度。理论分析与实践表明，采用45度偏置磁场，当沿与易磁化轴垂直的方向施加外磁场，且外磁场强度不太大时，电桥输出与外加磁场强度成线性关系。 无外加磁场或外加磁场方向与易磁化轴方向平行时，磁化方向即易磁化轴方向，电桥的4个桥臂电阻阻值相同，输出为零。当在磁敏感方向施加如图29-1所示方向的磁场时，合成磁化方向将在易磁化方向的基础上逆时针旋转。结果使左上和右下桥臂电流与磁化方向的夹角增大，电阻减小ΔR；右上与左下桥臂电流与磁化方向的夹角减小，电阻增大ΔR。通过对电桥的分析可知，此时输出电压可表示为： U＝V b×ΔR/R（5-10-2）式中，V b为电桥工作电压，R为桥 臂电阻，ΔR/R为磁阻阻值的相对 变化率，与外加磁场强度B成正比， 即ΔR/R=KB,故AMR磁阻传感器输 出电压与磁场强度的关系为 U=KV b B，因此可利用磁阻传感器测 量磁场。其中K为磁阻传感器的灵 敏度，本仪器所用磁阻传感器的灵 敏度为1mV/。灵敏度表示，当磁阻 电桥的工作电压为1V，被测磁场磁 感应强度为1高斯时，输出信号为 1mV。 商品磁阻传感器已制成集成电 图5-10-2 复位/反向置 路，除图29-1所示的电源输入端 和信号输出端外，还有复位/反向置位端和补偿端两对功能性输入端口，以确保磁阻传感器的正常工作。 复位/反向置位的机理可参见图5-10-2。AMR置于超过其线性工作范围的磁场中时，磁干扰可能导致磁畴排列紊乱，改变传感器的输出特性。此时可在复位端输入脉冲电流，通过内部电路沿易磁化轴方向产生强磁场，使磁畴重新整齐排列，恢复传感器的使用特性。若脉冲电流方向相反，则磁畴排列方向反转，传感器的输出极性也将相反。 本仪器从补偿端每输入5mA补偿电流，通过内部电路将在磁敏感方向产生1高斯的磁场。可用来补偿传感器的偏离。

硅的湿法腐蚀

硅的湿法腐蚀技术 1 湿法腐蚀简介 1.1 湿法腐蚀的历史与研究现状 湿法腐蚀技术的历史可以追溯到15 世纪末或16 世纪初，人们以蜡作掩膜，用酸在盔甲上腐蚀出装饰图形。而各向同性腐蚀是20 世纪50 年代开发的一项半导体加工技术。各向异性湿法腐蚀技术可以追溯到20 世纪60年代中期，那时贝尔实验室用KOH、水和乙醇溶液进行硅的各向异性湿法腐蚀，后来改用KOH 和水的混合溶液[1]。湿法腐蚀是使用液态腐蚀剂系统化的有目的性的移除材料，在光刻掩膜涂覆后（一个曝光和显影过的光刻胶）或者一个硬掩膜（一个光刻过的抗腐蚀材料）后紧接该步腐蚀。这个腐蚀步骤之后，通常采用去离子水漂洗和随后的掩膜材料的移除工艺。国外对硅的湿法腐蚀的研究起步较早，已取得相当多的研究成果。国外对硅的湿法腐蚀的研究主要集中于腐蚀剂、腐蚀剂浓度、添加剂、温度、腐蚀时间等因素对腐蚀速率、腐蚀选择性、粗糙度等结果的影响。 1.2 湿法腐蚀的分类 湿法化学腐蚀是最早用于微机械结构制造的加工方法。所谓湿法腐蚀，就是将晶片置于液态的化学腐蚀液中进行腐蚀，在腐蚀过程中，腐蚀液将把它所接触的材料通过化学反应逐步浸蚀溶掉。用于化学腐蚀的试剂很多，有酸性腐蚀剂，碱性腐蚀剂以及有机腐蚀剂等。根据所选择的腐蚀剂，又可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀剂。各向同性腐蚀是指硅的不同方向的腐蚀速率相同。各向异性腐蚀则是指硅的不同晶向具有不同的腐蚀速率，也即腐蚀速率与单晶硅的晶向密切相关。图1.1给出了各向同性腐蚀和各向异性腐蚀的截面示意图[2]。 硅的各向同性腐蚀液对硅片的所有晶面都有着相近的腐蚀速率，并且腐蚀速率通常都相当大。各向同性腐蚀的试剂很多，包各种盐类(如CN基、NH 基等)和酸，但是由于受到能否获得高纯试剂，以及希望避免金属离子的玷污这两个因素的限制，因此广泛采用HF—HNO3腐蚀系统。各向异性湿法腐蚀是指腐蚀剂对某一晶向的腐蚀速率高于其他方向的腐蚀速率。腐蚀结果的形貌由腐蚀速率最慢的晶面决定。基于这种腐蚀特性，可在硅衬底上加工出各种各样的微结构。 各向异性湿法腐蚀所用的腐蚀液通常对硅的腐蚀速率都比较小，一般在每分钟1μm 左右。各向异性腐蚀是指对硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率。基于这种腐蚀特性，可在硅衬底上加工出各种各样的微结构。各向异性腐蚀剂一般分为两类，一类是有机腐蚀剂，包括EPW(乙二胺、邻苯二酚和水)和联胺等，另一类是无机腐蚀剂，包括碱性腐蚀液[6]，如KOH、NaOH、NH4OH等。

各向异性磁阻传感器与磁场测量

. 实验5-10 各向异性磁阻传感器与磁场测量 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应，磁阻传感器利用磁阻效应制成。磁场的测量可利用电磁感应，霍耳效应，磁阻效应等各种效应。其中磁阻效应法发展最快，测量灵敏度最高。磁阻传感器可用于直接测量磁场，如弱磁场测量，地磁场测量，各种导航系统中的罗盘，计算机中的磁盘驱动器，各种磁卡机等等。磁阻传感器也可通过磁场变化测量其它物理量，如利用磁阻效应已制成各种位移、角度、转速传感器，各种接近开关，隔离开关，广泛用于汽车，家电及各类需要自动检测与控制的领域。MRAMRGMR），）），各向异性磁阻（，巨磁阻（磁阻元件的发展经历了半导体磁阻（CMRAMR 的特性并利用它对磁场进行测量。庞磁阻（）等阶段。本实验研究【实验目的】 1AMR 的原理并对其特性进行实验研究。．了解2 测量赫姆霍兹线圈的磁场分布。．3 测量地 磁场。．【实验原理】 AMRAnisotropic （传感器各向异性磁阻Magneto-Resistive sensors）由沉积在硅片上的坡莫合Ni80 Fe20）薄膜形成电阻。沉积时外加磁场，金（形成易磁化轴方向。易磁化轴是指各向异性的磁体能获得最佳磁性能的方向，也就是无外界磁干扰时磁畴整齐排列方向。铁磁材料的电阻与电流和磁化方向的夹角有R最大，电流与关，电流与磁化方向平行时电阻max Rθ电流与磁化方向成磁化方向垂直时电阻最小，min角时，电阻可表示为：－R)cos2θR = R(R5-10-1 ）（＋minminmax 在磁阻传感器中，为了消除温度等外界因素对图5-10-1磁阻电桥4个相同的磁阻元件构成惠斯通电输出的影响，由5-10-15-10-1电桥，结构如图中，易磁化轴方向与所示。图4545当沿与易磁化轴垂直的度偏置磁场，采用理论分析与实践表明，度。流方向的夹角为方向施加外磁场，且外磁场强度不太大时，电桥输出与外加磁场强度成线性关系。电桥的无外加磁场或外加磁场方向与易磁化轴方向平行时，磁化方向即易磁化轴方向，29-14所示方向的磁场时，合个桥臂电阻阻值相同，输出为零。当在磁敏感方向施加如图结果使左上和右下桥臂电流与磁化方向的成磁化方向将在易磁化方向的基础上逆时针旋转。RΔRΔ。通过；右上与左下桥臂电流与磁化方向的夹角

各向异性钕铁硼磁粉优势

高性能HDDR 各向异性钕铁硼磁粉优势 1、高性能HDDR 各向异性粘结钕铁硼磁粉应用领域很广，由于其磁性能远高于铁氧体等传统材料，并且比传统的MQ 磁粉提高近一倍。这对电磁产品实现小型化、轻量化、精密化和高性能化的目标起着关键作用，所以该产品有广阔的国际市场。 2、由于磁粉晶粒中的R2Fe14B和R2Fe17都是铁磁性相，不需要非铁磁性的富R边界相作为获得高矫顽力的必须条件，因此可获得比以往有R2Fe14B和富R边界相构成的磁体具有更高的饱和磁化强度及磁能积值 3、本发明生产的磁粉通过氢化-歧化-脱氢-重组工艺，采用氢爆破效应，颗粒中存在着大量韧致断裂带，因此容易破碎加工，一般，磁粉的粒度在100μm。 4、工艺过程由4个阶段组成。第一阶段氢气压力为0.2MPA，温度约200度，是钕铁硼母合金主相吸收氢气的阶段，形成钕铁硼BH氢化物。第二阶段的氢气压力控制在0.25MPA，温度约800度，此时钕铁硼BH歧化为三个相，该阶段的氢气压力对钕铁硼磁粉各向异性的形成起关键性的作用。第三阶段温度维持在700度，通过抽真空将氢气压力降低到1.0~5.0KPA范围，是脱氢阶段，这一阶段的压力对随后的钕铁硼磁粉的各向异性形成也很重要。第四阶段，仍维持温度700度，但抽真空，使2ND和FEB三个相再化合形成钕铁硼相。此时的钕铁硼粉末已成为各向异性的磁粉。第二阶段氢气压力对三元钕铁硼各向异性磁粉磁性能的影响。可见随氢气压力的升高，磁粉

的H逐渐提高，当氢气压力达到0.5MPA以上，H达到饱和值而不再增加，然而随氢气压力的提高，B和BH首先是升高，然后均在 0.03MPA的氢压下达到最大值，表明已形成了钕铁硼各向异性磁粉。当进一步提高氢气压力时，B和BH都降低，说明歧化阶段的氢气压力对钕铁硼磁粉各向异性的形成起关键作用，而且获得最佳磁性能的氢气压力范围较窄。通过合理工艺参数的精确控制保证了磁粉中晶粒C轴方向与原所在母合金晶粒C轴方向一致，而这一参数很窄的，现公司已经成熟掌握生产工艺参数，可以生产高性能的磁粉 30-40MGOe. 5、选用廉价的镨钕金属代替纯钕金属制造永磁材料，其抗氧性能和机械性能明显提高，可加工成各种形状的磁体。广泛应用于各类电子器件和马达上。另外镨钕的价格是纯钕价格的80%左右，在配料时钕的比例在25%，若按当前稀土价格计算，每生产一吨该磁粉，可降低成本约4万元，经济效益可观。

磁晶各向异性的起源

磁晶各向异性的起源 磁偶极矩间的作用 两个磁偶极子之间的作用 125212 1233()()E 1,2= =(13cos ) r r r r μμμμθ??- ±-（） 12.1） r 为两个磁偶极子间的距离,+对应两个磁偶极子同向,负号对应两个磁偶极子反向。 2(13cos )i l il i il h r μθ=--∑ 对于非立方晶体，12.1）式依赖与磁化方向。也就是说洛伦兹场是各向异性的。半径为几个原子直径的球壳内的磁偶极矩对中心处的磁偶极矩产生一个复合场。对于立方晶体这个场为零。考虑半径为晶格间距数倍但远仍小于球直径的球壳，该球壳在每处每个立体角上仍有大量磁偶极子，因此中心处的复合场仍为零。12.2）式中的能量与2cos θ有关。磁偶极子能量可以写为 3311E dipole ij i j i j E αα===∑∑ 12.4） 上式中只有330E ≠，且有331E K =-。 对于立方铁磁晶体，12.4）式是各向异性的。例如MgO 晶体中，在垂直于[111]方向的平面内的自旋是平行的。在这种情况下，自旋组态的能量有如下形式 121213232()dip E E αααααα=++ 在[111]方向取极值。立方结构铁磁体中的自旋具有立方对称性，因此在立方晶体中，磁偶极矩的相互作用不会产生各向异性。 当自旋并不严格平行时,由于12.1)式中磁偶极子间的相互作用,晶体将获得一些能量。当混合发生在磁化的强度方向的分量小于的状态时，这种情况会发生。 自旋轨道相互作用 12.1）式中能给出11.6）式中的K 1项，自旋轨道相互作用可以解释立方晶体的磁各向异性和其它的项。总的轨道角动量不在淬灭，电荷的分布造成了和自旋方向有关的磁晶各向异性。 a)间接交换作用依赖于阴离子和金属离子的电子云重叠。由于自旋轨道相互作用，电子云的