某化工廠35kV總降變電所的畢業(yè)設計【含CAD圖】,含CAD圖,化工廠,35,kV,變電所,畢業(yè)設計,CAD 1.1 微加工工藝 應用于微電極陣列的微加工工藝主要分為沉積薄膜和生成圖形兩大部分。其中常用到的微加工工藝有蒸發(fā)、濺射、光刻，腐蝕等。 1.1.1 沉積薄膜 薄膜的沉積工藝有很多種，常用的工藝為蒸發(fā)、濺射、激光脈沖沉積、化學氣相沉積、氧化和電鍍。 1.1.1.1 蒸發(fā)（evaporation） 蒸發(fā)工藝主要有真空蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)兩種。真空蒸發(fā)采用電加熱預沉積的金屬絲或?qū)⒔饘僦糜谀蜔峤饘僦蹆?nèi)（通常為鎢），在1.33×10-2Pa（10-4Torr）以下的真空室內(nèi)，使金屬蒸發(fā)后冷凝到基底表面形成薄膜[34]。電子束蒸發(fā)是用電子束轟擊蒸發(fā)材料，使產(chǎn)生能夠沉積的蒸氣，通常所用能量為8-10keV，電流強度為100~200mA。蒸發(fā)的溫度較高，容易影響被沉積的基底。蒸發(fā)可以用來沉積金屬和熱穩(wěn)定性好的化合物。 1.1.1.2 濺射（sputtering） 在濺射沉積中，通常用直流（DC）或射頻（RF）驅(qū)動，通過一個電位梯度來加速惰性離子（如氬離子），使其轟擊靶材，在入射動量的碰撞下，目標靶材產(chǎn)生發(fā)射束，如111圖41所示[35]。只要能產(chǎn)生高能量的等離子體，幾乎所有的材料都可以被濺射，對于電絕緣材料則只能用射頻濺射。濺射薄膜的粘附能力比蒸發(fā)強，且具有較好的臺階覆蓋能力。 111圖Error! No text of specified style in document.1 濺射原理示意圖 1.1.1.3 脈沖激光沉積（pulsed laser deposition，PLD） 脈沖激光沉積是比較新型的薄膜沉積技術(shù)，其原理是利用激光束與靶材的相互作用所產(chǎn)生的等離子體在基片上沉積成膜。它主要用于制備各種合成成分的薄膜，如將外延的氧化薄膜鍍于單晶體片上，PLD技術(shù)在制備難熔材料及多組分材料（如化合物半導體、電子陶瓷、超導材料）等方面有著十分巨大的應用前景。 1.1.1.4 化學氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD） 蒸發(fā)、濺射、脈沖激光沉積均為物理沉積方法，化學氣相沉積是以某種方式激活一種或數(shù)種物質(zhì)的氣體，在基底表面發(fā)生化學反應，并沉積出所需固體薄膜的生長技術(shù)[36]。其優(yōu)點為：淀積溫度低，薄膜成分與厚度易控，膜厚與淀積時間成正比，均勻性與重復性好，臺階覆蓋能力好，對基底損傷小，操作簡便，適用范圍廣泛。CVD法形成的膜和基底的結(jié)合力比物理沉積方法強。普通CVD法沉積溫度較高，通常在900~1000℃之間。為了在低的基底溫度下沉積高質(zhì)量薄膜，引入了等離子體增強化學氣相沉積（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD），利用等離子轟擊表面提供能量，降低了沉積溫度。 1.1.1.5 氧化（oxidation） 氧化可以說是一種特殊的薄膜沉積工藝，應用非常普遍。它是使硅原子與氧結(jié)合，生成二氧化硅。氧化層可用作半導體器件中的元件隔離、柵氧化膜、硅表面保護膜等。氧化過程中，一旦形成氧化層，硅原子必須穿過氧化層去和硅片表面的氧進行反應，或者氧必須穿過氧化層到達硅表面。由于硅在二氧化硅中的擴散率比氧的擴散率小幾個數(shù)量級，因此氧化反應在硅-二氧化硅界面發(fā)生。所以熱氧化產(chǎn)生的界面見不到大氣，相對而言界面不會被雜質(zhì)沾污。 氧化分為干法氧化和濕法氧化。 氧化爐中通入氧氣氣體，高溫下發(fā)生如下反應，稱為干法氧化 (4-9) 如果通入氫氣和氧氣的混合氣體，或通水蒸氣，則為濕法氧化 (4-10) 濕法氧化速度比干法氧化快很多，因為水分子在二氧化硅中的擴散系數(shù)比在氧分子中大千倍以上。但濕法氧化得到的氧化層比較疏松，不如干法氧化生長的氧化層均勻致密。 1.1.1.6 電鍍（electroplating） 在基底上沉積金屬薄膜時，電鍍是非常實用的工藝，它可以用簡單而廉價的設備在一個燒杯內(nèi)實現(xiàn)。要被電鍍的物體通過金屬化或掩模的方式來確定電鍍區(qū)域，以電鍍表面作為陰極，化學惰性電極（常用鉑）作為陽極，電鍍?nèi)芤海ㄍǔＪ撬芤海┲泻兴练e金屬的可還原離子。把要被電鍍的表面偏置為負電壓，這樣就給裸露金屬導體的表面提供了電子，溶液中的金屬離子獲得一個或多個電子而被還原成金屬原子，沉積在導體表面。許多金屬都能被電鍍，如金、銀、銅、鉑、鎳、鈀等。 1.1.2 生成圖形 1.1.2.1 光刻（photolithography） 光刻就是根據(jù)照相原理將掩模版的圖形轉(zhuǎn)寫到基底上，是形成高精度微細圖形的關鍵技術(shù)。光刻之前需制作掩模版，掩模版由玻璃鉻版做成，它是先在玻璃基板上真空蒸發(fā)金屬鉻薄膜，然后通過激光燒化剝落等方法除去不希望有的鉻，形成所需掩模圖形，版上有鉻的部分擋住光線，而無鉻的部分可以透過光線，光照到光刻膠部分就引起化學變化。 圖42表示了光刻工藝的過程。首先，為了使基底同光刻膠（photoresist，PR）緊密粘附，需要先在基底上涂敷增粘劑六甲基二硅亞胺（HMDS），接著涂敷具有感光特性的高分子材料做成的光刻膠。之后進行預烘，使光刻膠內(nèi)的溶劑揮發(fā)掉，然后將預先已做好微細圖形的掩模版重疊在基底上（稱作對版），經(jīng)過曝光將圖形轉(zhuǎn)寫到光刻膠上。接下來就是顯影工序，正性光刻膠被光照到的部分在顯影液中被溶解去除，負性光刻膠則相反。最后進行后烘，后烘是去除顯影后殘留的溶劑，充分的后烘可以提高光刻膠的抗蝕性和粘附力。 圖Error! No text of specified style in document.2 光刻工藝過程 1.1.2.2 腐蝕（etching） 腐蝕是以光刻膠作為掩蔽，利用化學或物理方式對氧化硅膜、氮化硅膜或金屬膜等進行刻蝕加工的工藝，分為濕法刻蝕和干法刻蝕。 濕法刻蝕是利用溶液中發(fā)生化學反應來進行腐蝕的方法。濕法刻蝕在縱、橫兩方向?qū)⒁酝瑯颖壤M行腐蝕，為各向同性腐蝕。 干法刻蝕的基本原理是：反應性氣體以及惰性氣體在等離子體中被激活而變?yōu)榛钚苑肿?、原子（游離基），然后與刻蝕物反應而生成反應產(chǎn)物。與此同時，被激活的離子碰撞反應生成物，在碰撞沖擊下引起揮發(fā)、脫離而實現(xiàn)刻蝕。干法刻蝕主要包括等離子刻蝕、反應離子刻蝕（RIE）和濺射刻蝕三種類型。等離子刻蝕為各向同性刻蝕，反應離子刻蝕、濺射刻蝕由于在縱向是選擇性刻蝕，故為各向異性刻蝕。干法刻蝕的優(yōu)點為：分辨率高，各向異性腐蝕能力強，不同材料之間的腐蝕選擇比大，腐蝕均勻性和重復性好，易于實現(xiàn)連續(xù)自動操作。對于1μm以上的線條可采用低成本、高效率的濕法刻蝕工藝。在刻蝕1μm以下的線條時，由于濕法刻蝕工藝存在嚴重的側(cè)向腐蝕，線條寬度控制比較困難，因而常用干法刻蝕工藝。 1.1.2.3 剝離（lift-off） 腐蝕工藝是首先把金屬沉積，然后再生成圖形。剝離工藝正好相反[36]。剝離是首先在基底上涂敷一層光刻膠并形成圖形，再沉積一層金屬薄膜。然后去膠，則直接沉積在基底上的金屬被保留，而沉積在光刻膠上的金屬因光刻膠的溶解而從硅片上脫離[37]。剝離工藝簡單，只需要一個腐蝕槽，同時避免了對基底的刻蝕損傷，并且有無限的選擇性，金屬圖形不會出現(xiàn)底切。但剝離工藝要求表面形貌必須非常光滑，通常需要蒸發(fā)工藝沉積金屬層，妨礙了濺射的使用。另外剝離金屬殘留在槽里的固體和漂浮物極易沉積在硅片表面。除非圖案很簡單，否則剝離還存在嚴重的成品率問題。 另外，絲網(wǎng)印刷[38]也可用于制作微電極。絲網(wǎng)印刷以絲網(wǎng)印版作模具，所制作電極的大小和形狀可以改變，易于微型化和集成化。印刷電極常用便宜的塑料基底，也可以用玻璃、陶瓷或硅基底。貴金屬和碳電極均可使用絲網(wǎng)印刷技術(shù)。貴金屬油墨通常要加溫到850~1200℃，整個工藝煩瑣。碳油墨在溫度到120℃就可以印刷在塑料基底上，且相對價格偏低，因而大受歡迎。