基于硅的湿法腐蚀特性仿真与制作微折射结构

论文摘要

硅在氢氧化钾溶液中呈各向异性腐蚀特性,利用此特性可以制作多种非球面、非对称的微光学折射结构。通过计算机对此特性进行模拟与仿真,可以便捷高效地输出各工艺阶段所需的参数与数据,并可以仿真出最终的结构形貌。本文基于上述特性,在VC6.0环境下,建立了硅各向异性腐蚀的数学模型并加以实现。通过此模型,可以对多种球面、非球面连续轮廓(折射结构)进行仿真并输出数据和参数。结合OpenGL技术,实现了三维轮廓的动态仿真。工艺实验表明利用此模型输出的数据进行器件制作,其实际结果与仿真结果基本一致,器件的表面粗糙度可以达到光学镜面要求并具有良好的光学性能。利用此方法制作微结构,无论是在计算机仿真阶段还是工艺阶段,最重要的都是版图数据,这些数据是影响最终腐蚀出的器件轮廓的决定性因素。在计算机仿真中,利用贪心算法的思想设计了一套结构生成算法用以计算和生成版图。此方法较传统方法而言,可以有效减小误差。器件的设计流程是:(一)输入期望的轮廓,设定一系列参数,通过程序得到版图数据并仿真得出最终腐蚀出来的轮廓;(二)根据程序输出的版图数据制作光刻掩模版;(三)通过单步光刻和两步湿法腐蚀制作所期望的图形轮廓。本文利用此算法设计实现了两种类型的折射微结构:即512×512元的凹透镜阵列以及系列波前结构,并对它们的表面轮廓、粗糙度和光学性能等进行了测试与分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 微光学结构制作技术的发展
• 1.3 课题来源及论文主要工作
• 2 硅各向异性湿法腐蚀特性建模与仿真
• 2.1 硅各向异性湿法腐蚀特性
• 2.2 硅湿法腐蚀速率
• 2.3 微结构建模
• 2.4 软件系统的设计和实现
• 2.5 本章小结
• 3 凹透镜阵列的制作
• 3.1 引言
• 3.2 结构仿真与设计
• 3.3 工艺制作
• 3.4 测试
• 3.5 本章小结
• 4 复杂波前折射结构
• 4.1 引言
• 4.2 结构仿真与设计
• 4.3 工艺制作
• 4.4 测试
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录I 攻读硕士期间发表的论文
• 附录II 程序主要代码