Электрофизикохимическая обработка фасонных поверхностей в кремниевых заготовках

• Автор: Абитов, Андрей Равильевич
• Шифр специальности: 05.02.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Анализ объекта исследования
1.2. Обзор методов формообразования в кремнии
1.3. Методы травления кремния
1.3.1. Методы ионно-плазменного травления кремния
1.3.2. Химическое травление кремния
1.4. Лазерная обработка кремния
1.5. Электроэрозионная обработка
1.6. Электрохимические методы обработки
1.6.1. Особенности электрохимической обработки кремния
1.6.2. Электрохимическое травление кремния
1.7. Выводы по главе I. Цель и задачи исследования
ГЛАВА -И. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ФАСОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В КРЕМНИЕВЫХ ЗАГОТОВКАХ
2.1. Математическое моделирование процесса анодного растворения кремния
2.2. Расчет погрешности электрохимического формообразования
2.3. Выводы по главе II
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ В КРЕМНИЕВЫХ ЗАГОТОВКАХ
3.1. Обоснование выбора методов, схем и режимов формообразования
3.2. Разработка и создание экспериментального оборудования
3.3. Методы изготовления электродов-инструментов
3.3.1. Электроэрозионная вырезка электродом-проволокой
3.3.2. Прецизионная токарная обработка
3.3.3. Изготовление сферических электродов-инструментов
3.4. Обоснование технологии электрофизикохимической обработки
3.4.1. Исследование метода электрохимического формообразования
3.4.2. Исследование метода электроэрозионного формообразования
3.5. Исследования качества поверхности элементов в кремниевых заготовках
3.6. В ыводы по главе III
ГЛАВА IV. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
4.1. Разработка экспериментальной установки
4.1.1. Система формирования импульсов
4.1.2. Система перемещения электрода-инструмента
4.1.3. Электрическая схема блока управления перемещением электрода-инструмента
4.1.4. Описание программы для перемещения электрода-инструмента Step Control
4.1.5. Алгоритм подготовки установки к работе
4.2. Разработка технологии формообразования в кремниевых заготовках
4.2.1. Разработка технологических рекомендаций для изготовления литьевых кремниевых форм
4.2.2. Кремниевые литьевые формы
4.3. Выводы по главе IV
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
В последнее десятилетие в приборостроении актуальной остается задача изготовления микродеталей и микрообъектов из пластмасс. К таким деталям предъявляются повышенные требования по качеству и точности функциональных элементов. Спрос на такие изделия растет с каждым годом. Повышение требований, предъявляемых к качеству микродеталей с точки зрения улучшения точности и качества поверхности при изготовлении, заставляет технологов и исследователей искать пути их обеспечения, в том числе разрабатывать и создавать новые технологии, оборудование и инструментарий. Среди множества методов изготовления микроизделий из пластмасс, технологии литья под давлением получили широкое распространение в связи с высоким уровнем автоматизации процесса и малым временем цикла производства.
На рынке наблюдается быстрый рост потребления продукции, изготовленной литьем под давлением, - это миниатюрные отливки массой в несколько -миллиграмм и размерами в несколько -десятков- микрометров (прецизионные шестерни, микрокнопки, детали часов и цифровой техники), изделия, имеющие микроструктурные участки и функциональные поверхности (оптические микролинзы, разъемы для оптоволоконной технологии), и многие другие. Например, оптические микролинзы являются важными компонентами в устройствах для микро- и оптоэлектроники, для военной техники, астрономии, теле- и оптической коммутации.
Из-за малых размеров отливок требуется использование специальных литьевых форм. В настоящее время благодаря своим хорошим механическим и теплофизическим свойствам (коэффициент температурного расширения 1,5-1СГ6/К, предел прочности 7 ГПа, теплопроводность 80- 150 Вт/(м-К) кремниевые заготовки с изготовленными в них фасонными полостями используются в качестве литьевых форм в технологии литья под давлением. Причем литьевые формы, изготовленные из кремния, отличаются низким

Сиггег4 Овгагу
Сип г&ОепзЦу
5|Ы сгетегйОегаяу
Рис. 1.9. Схема изготовления фасонных элементов в кремнии путем изменения конструкции маски и, соответственно, распределения линий тока. Стрелками показаны
линии тока
Формообразование элементов в кремниевых заготовках методом электрохимического травления осуществляется двумя способами [66-68]:
1) на поверхности заготовки формируется слой пористого кремния, который после обработки удаляется в щелочном растворе (например, в 1 %-м КОН), одновременно происходит полирование поверхности формообразуемого элемента;
2) элемент в кремнии образуется единовременно, при совмещении процессов травления и электрополирования.
На скорость травления и качество поверхности полупроводника оказывает состав электролита. Для электрохимической обработки кремния применяют щелочные электролиты, растворы фтористоводородной кислоты и растворы ее солей. При этом конечными продуктами реакции являются растворимые силикаты, кремнефтористоводородная кислота и ее соли. Во всех других кислых и нейтральных электролитах, не содержащих ионов фтора, кремний легко пассивируется и весь ток расходуется на окисление его поверхности и на реакцию выделения кислорода [15].
Удовлетворительные результаты по электрополированию кремния
достигнуты при использовании фтористоводородной кислоты в диапазоне
концентраций от 2,5 до 8,5 %. В этом случае процесс полирования проходит
через стадию окисления, в области полирования достигается динамическое
равновесие между скоростями роста окисной пленки и ее растворением. При
низкой концентрации ионов фтора скорость роста окисной пленки