微纳加工技术解析

2.方法
❖ 图4。自上而下的微加工处理流程，用于制造基于绝缘硅衬底具有纳米 特征的悬浮硅结构，使用单掩膜光刻工艺
3.结论
❖ 薄器件层的SOI衬底（500 nm–2μM）被用于 制造集成了热制动与纳米传感器的热响应结 构。如图5，扫描电子显微镜下一个梯形断面 宽85 nm的纳米梁，基于2μ米厚的硅衬底(使 用当前的技术制造)
2.方法
❖ 在绝缘硅片上的氧化硅层继续刻蚀步骤。先 在理想错位角条件下，进行2μm精度的标准 光刻蚀（图4（a）），然后将硅器件层放在 碱性溶液（这里使用KOH）中刻蚀适当的时 间，以自我控制的方式形成最终的特征（图4 （b））。在去除氧化物后（在HF中），得 到的结构相比于最初的掩膜图形更窄（图4 （c））。
2.方法
❖ 图1,3D示意图.使用自我控制方法利用标准光刻制造纳米硅梁；该方法在 微观图案和硅衬底的晶向方向间引入一个旋转错位角。插图（a）显示 的是Si纳米梁的横截面图。（b）图为湿法刻蚀硅结构及其倾斜微观硬掩 膜的扫描电子显微镜顶部示意图，可以明显看出，尺寸按比例缩小以及 硅结构内部的边缘锐化
3.结果
❖ 图6。两个谐振结构相似的初始图案，但引入不同的角度后，右边结构 显示出更窄的梁宽
3.结论
❖ 较窄的光束可以由较大的角度制作。其他两 个双热响应结构，具有不同数量的致动器, 尺 寸小至150 nm, 位于500 nm厚的Si衬底，在 如图7所示。
3.结果
❖ 图7。在500 nm厚的Si衬底上利用所描述的缩小技术制备悬浮谐振晶体 硅结构。
传统微细加工单晶硅纳米束的 自我控制制造
Self-controlled fabrication of singlecrystalline
silicon nanobeams using conventional micromachining
1.介绍 2.方法 3.结果 4.结论
1.介绍
❖ 开发不同的技术，分别是自顶向下和自底向上
❖ 自底向上的纳米线通常是纠缠的网状结构，缺少预 定的顺序，无法集成为独立的纳米线。这种技术还 不适合纳米线批量生产。
❖ 自上而下的制造方法（其中电子束光刻EBL是最常 用的），可以在数量和位置方面控制其特征，但非Leabharlann Baidu常耗时，不适合批量化制造。而且由于后续不完善 的深反应离子蚀刻（DRIE）过程，会产生不理想的 的尺寸变化等缺陷。
2.方法
❖ 图2。（a）用所描述的技术制造的有锐化边缘和高质量组件的纳米束集 成机电结构。（b）连续热氧化生长和HF去除步骤后的有纳米特征的类 似结构，体现出严重的粗糙度，以及难以预测的特征
2.方法
❖ 例如，为了制作一个长2μm宽50nm的纳米线，使用1μm光 刻分辨率，纳米线的宽度相对于旋转错位的灵敏度是47纳米 /度。因此，为了达到2 nm的准确定，精度0.04度将是必要 的，使用常规的掩模对准系统可以很容易实现。
2.方法
❖ 图3。示意图：在硅晶片上以0.01度的精度确定（110）面的方向。一个有0.01度角度增量 的长狭开口阵列展现于热生长氧化掩膜上。在碱性溶液中（eg.KOH），经过一段合适时 间的各向异性湿法刻蚀后，削弱了至少700nm，该过程可以明显地在光学显微镜下观察， 削弱过程在每个特征的两个对角的产生，除了对齐（110）方向的一个开口。
2.方法
❖ 图1中，狭窄硅梁的尺寸可以由下面公式确定： ❖ L f = Ld cos θ − Wd sin θ ❖ Wf = Wd cos θ − Ld sin θ ❖ Ld和Wd是硬掩膜上最初定义的尺寸，Lf和Wf是所
产生的Si梁尺寸，θ是引入的错位角（在图1表示）。 最终尺寸灵敏度为：
W f ❖ = −Ld sinθ− Wd cos θ
2.方法
❖ 各向异性湿法化学刻蚀
由于在单晶硅中处于各个方向的晶胞里的悬挂键数量不同，（111）面的 蚀刻率的比（110）面的慢。因此，在湿法刻蚀过程中（111）平面可以 作为强力的蚀刻停止层。
同样的原理，利用一个单掩膜光刻步骤，在绝缘硅（SOI）衬底上把 微观图案变为纳米级特征的图案。基于（100）衬底，在微型精密图 案和(110) 平面之间引入一个旋转错位角θ之后，碱性溶液便开始削弱 硬掩模，而最初的（111）平面已被硬掩膜完全覆盖，并且在整个湿法 刻蚀过程中作为刻蚀停止层。适当的蚀刻时间后，最终的硅衬底结构 上的特征尺寸极大减小（结构如图1（b））。在（110）面至（111） 面间，刻蚀速率由大于600变为1左右，这个速率的变化也证明了湿法 刻蚀后的最终特征尺寸具有高度的可控性。
❖ 开始制造前，需要精确定位硅衬底（110）面的方向。氧化 硅层已开始热生长并且形成了狭长的的开口阵列图案 （2μM×2000μ米），阵列间相对旋转了0.01度的小角度 （图3）。在KOH溶液中，硅衬底经过适当时间的各向异性 湿法刻蚀后，所有相对于（110）面有错位的开口都被削弱 了，其中削弱最少或无削弱的开口，以0.01度的精度表示 （110）面方向。因此，达成理想特征尺寸的合适偏转角可 以通过选择适当的对准标记轻易实现（即以适当的错位角开 口）。
3.结果
❖ 图5。SEM图，在2μm厚器件层硅衬底上制作的一个悬浮的硅纳米梁， 宽度在85 nm左右
3.结论
❖ 正如前面所讨论的，最终结构的尺寸可以通过错位 确定。错位角由光刻步骤引入。一般来说，一个更 大的错位角将得到较小的最终尺寸。两个相似的在 2μm厚的硅衬底上制作的机电谐振结构，使用相同 的光刻掩模图案，但不同的错位角，结果如图6所 示。该结构是一个1度的小错位角制导致∼600 nm 宽梁（图6（a）），而在其他结构具有较小的宽度 ∼250 nm（图6（b））
3.结论
❖ 图8比较了在图6的两个类似的共振结构真空的频率 响应，它们的区别仅在于在支撑梁的宽度。垂直轴 显示的分贝参考1 / 50Ω电导动态电导的绝对值(20 log(2 × 50 × gm))。 正如预期的那样，偏置电流， 如图6所示的谐振器的谐振频率1.5×高于在图6（b） 谐振器。这是由于, 更广泛的支持和致动器的结构 梁导致整体刚度较高，从而导致更高的共振频率。