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摘要
? ? ? 在各向異性濕化學(xué)蝕刻期間在晶體硅的取向相關(guān)表面形態(tài)中觀察到的豐富多樣的微米級(jí)特征顯示其起源于原子級(jí)。真實(shí)的蒙特卡羅模擬表明，Si(100) 上的金字塔形小丘是分布的頂點(diǎn)原子被溶液中的（金屬）雜質(zhì)局部穩(wěn)定的結(jié)果。在沒(méi)有這種穩(wěn)定性的情況下，由于（一層深）凹坑成核和（各向同性）階梯傳播之間的各向異性，在 Si(100) 上形成淺圓形凹坑。還得出結(jié)論，鄰近（110）處的鋸齒狀結(jié)構(gòu)是未對(duì)準(zhǔn)和蝕刻各向異性的綜合結(jié)果，表明形態(tài)相關(guān)結(jié)構(gòu)（如金字塔形小丘和鋸齒狀鋸齒狀結(jié)構(gòu)）的成核機(jī)制不一定相同。
介紹
? ? ? 各向異性濕法化學(xué)蝕刻仍然是硅技術(shù)中使用最廣泛的處理技術(shù)。與多種其他工藝結(jié)合使用，它在微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 中具有廣泛的應(yīng)用，包括壓力 ?加速度 , 角速率和氣體流量傳感器, 執(zhí)行器, 納米探針 ,納米線、微鏡, 激光腔 、光開關(guān)], 對(duì)齊凹槽 和微型閥 ，僅舉幾例。它的廣泛存在不僅是因?yàn)樗子谑褂煤统杀镜?，而且還因?yàn)樗峁┝讼喈?dāng)光滑的表面，不會(huì)對(duì)本體造成物理?yè)p壞。然而，在過(guò)去幾年中，隨著器件尺寸的不斷減小，蝕刻表面的粗糙度開始發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。越來(lái)越多的微機(jī)械設(shè)備的性能需要非常光滑的表面，并且需要找到精確的生產(chǎn)條件。很明顯，有必要提高對(duì)一般過(guò)程的理解，特別是對(duì)導(dǎo)致蝕刻表面特征形態(tài)特征的機(jī)制的理解。
圖 略?
圖1濕化學(xué)蝕刻過(guò)程中最常見(jiàn)（模擬）的形態(tài)特征。(a) (100) 上的金字塔形丘陵。(b) (100) 上的圓形淺坑。(c) 鄰近 (110) 上的鋸齒形鋸齒。(d) (111) 上的三角形凹坑。(e) 梯田附近的多邊形臺(tái)階 (111)。(f) 梯田附近的直臺(tái)階 (111)
原子模型
? ? ? 各向異性濕法化學(xué)蝕刻是一種非平衡過(guò)程，其中微觀 粗糙度和形態(tài)以及宏觀取向相關(guān)的蝕刻速率由微觀（原子）反應(yīng)速率的相對(duì)值決定。Gosa′lvez 等人 已經(jīng)表明，位點(diǎn)特異性速率的（大）差異的起源是在兩種微觀機(jī)制中發(fā)現(xiàn)的：表面原子的 OH 終止后反鍵的減弱和 終止物種（H / OH）之間存在顯著相互作用。反鍵的減弱僅取決于連接到共享鍵的兩個(gè)原子上的羥基總數(shù)，而與兩個(gè)原子之間 OH 基團(tuán)的特定分布無(wú)關(guān)。
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宏觀蝕刻速率
? ? ? 表面最終被紋理化（即被小丘覆蓋）這一事實(shí)對(duì)宏觀蝕刻速率的值有顯著影響，如圖 5 顯示。作為時(shí)間的函數(shù)，蝕刻速率經(jīng)歷大的變化（大約兩個(gè)數(shù)量級(jí)）。這對(duì)蝕刻速率的實(shí)驗(yàn)測(cè)量具有重要意義，因?yàn)橥ǔ４_定的總蝕刻深度與總時(shí)間的比率成為一個(gè)不明確的數(shù)量。該比率僅對(duì)兩種（極端）情況具有物理
意義：
當(dāng)表面紋理化還遠(yuǎn)未完成時(shí)，在這種情況下，它將提供對(duì)初始較大斜率的良好估計(jì)，并且當(dāng)考慮的總時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，相對(duì)而言，在蝕刻過(guò)程開始后不久就達(dá)到了完全的紋理化。在這種情況下，該比率將提供較小斜率的近似值。
取決于溫度和覆蓋范圍
? ? ? 一定時(shí)間內(nèi)刻蝕后的小丘密度隨著溫度的升高而顯著增加（圖 (a)–(d)) 并隨著覆蓋范圍的增加而減少（數(shù)字 6(e)– (h))，與實(shí)驗(yàn)一致 。為了獲得與蝕刻持續(xù)時(shí)間無(wú)關(guān)的小丘數(shù)量的溫度依賴性的定量測(cè)量，我們考慮小丘形成的速率，定義為在完成之前作為時(shí)間函數(shù)的金字塔數(shù)量的線性增加的斜率表面紋理化（圖7（一種））。請(qǐng)注意，小丘的密度應(yīng)隨時(shí)間線性增加，這反映了這樣一個(gè)事實(shí)：對(duì)于固定的溫度和濃度，小丘成核是一個(gè)完全隨機(jī)的過(guò)程，因此，等待的時(shí)間越長(zhǎng)，觀察到的過(guò)程數(shù)量就越多。如圖所示7(b)，小丘形成的速度遵循阿倫尼烏斯對(duì)溫度的依賴，與實(shí)驗(yàn)一致。但是請(qǐng)注意，與報(bào)告的實(shí)驗(yàn)密度相比，模擬中產(chǎn)生的小丘密度很大（數(shù)量級(jí)）。這是由于這樣一個(gè)事實(shí)，從計(jì)算的角度來(lái)看，對(duì)于包含較小密度的較大金字塔的非常大的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)小丘密度對(duì)溫度和覆蓋范圍的依賴性的統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確確定變得過(guò)于昂貴。
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