實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：顆粒電霧化布控實(shí)驗(yàn)研究

測(cè)試目的：圍繞導(dǎo)電顆粒電霧化布控的有關(guān)特性展開(kāi)具體研究，通過(guò)對(duì)比不同參數(shù)下的顆粒沉積情況來(lái)考察該工藝的目標(biāo)工作區(qū)間，并就實(shí)驗(yàn)中遭遇到的其他現(xiàn)象進(jìn)行分析和說(shuō)明。

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、驅(qū)動(dòng)器、工業(yè)相機(jī)、注射控制泵、電腦等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖1：顆粒布控原型裝置

設(shè)計(jì)加工了用于導(dǎo)電顆粒布控噴灑的原型裝置（圖1a）。該裝置基于自動(dòng)化和模塊化的思路更新了原平臺(tái)的若干功能組件，包括高壓電源器件及注射控制泵，同時(shí)擴(kuò)展了具備運(yùn)動(dòng)能力的底部平臺(tái)來(lái)輔助提升顆粒沉積的效果并兼容預(yù)期尺度的芯片晶圓。

高壓發(fā)生模塊采用了高壓放大器，該組件的功能是將輸入的弱電壓信號(hào)增強(qiáng)放大至所需強(qiáng)度，通過(guò)控制PC端的數(shù)模轉(zhuǎn)換元件可以實(shí)時(shí)控制輸出電壓的大小，這樣可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：1）可以根據(jù)參考運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以及流量控制時(shí)序來(lái)同步施加電壓引發(fā)霧化噴射，因而可以選定沉積區(qū)的大致位置；2）可以設(shè)定霧化發(fā)生時(shí)的電壓值函數(shù)，前面介紹過(guò)在穩(wěn)態(tài)錐模式下，隨著電壓的升高噴霧射流及噴霧場(chǎng)會(huì)持續(xù)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，若希望沉積斑紋的形態(tài)對(duì)稱(chēng)均一應(yīng)盡量選擇靠近觸發(fā)穩(wěn)態(tài)錐模式的下緣電壓值作為霧化工作電壓。但由于遲滯效應(yīng)的關(guān)系，當(dāng)電壓值過(guò)于接近觸發(fā)下緣時(shí)，存在一定的概率使得霧化仍處在脈沖錐射流模式下。此時(shí)可通過(guò)PC控制端設(shè)定一個(gè)較高的起始值并隨即略微下調(diào)，即可在確保形成穩(wěn)態(tài)錐噴射的同時(shí)降低選定的工作電壓值。

圖2：不同極間距下顆粒沉積斑紋的整體形貌

首先對(duì)比使用不同極間距時(shí)顆粒整體沉積斑紋的大小，當(dāng)極間距過(guò)小時(shí)噴霧無(wú)法有效展開(kāi)，而當(dāng)極間距過(guò)大時(shí)噴霧場(chǎng)則因易受外部氣流的影響而失去較優(yōu)的對(duì)稱(chēng)性。顯然這兩種條件都不利于獲得均勻的沉積圖案，所以在本次實(shí)驗(yàn)中選取的針頭高度范圍限制在10~30mm。圖2分別展示了在10mm、20mm和30mm極間距下獲得的沉積斑紋的全貌，從圖像左側(cè)的校驗(yàn)刻度（1mm每格）可以測(cè)得斑紋直徑的大小?？偟膩?lái)看獲得的沉積斑紋邊界清晰、形態(tài)完整且較為平滑，可見(jiàn)電霧化工藝能夠較好的將大量導(dǎo)電顆粒均勻的散布到大面積的基板上。圖3統(tǒng)計(jì)了不同極間距下10次實(shí)驗(yàn)獲得的沉積斑紋直徑的分布情況，從直徑隨極間距的變化情況來(lái)看，除了在較近距離處存在略微的偏差外，整體呈線性增長(zhǎng)關(guān)系。

圖3：不同極間距下沉積斑紋直徑分布圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

通過(guò)沉積斑紋整體形貌的對(duì)比觀測(cè)，初步選定工作極間距為20mm，這是綜合覆蓋面積以及沉積均勻性?xún)煞矫婵紤]的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)參數(shù)方面，本節(jié)內(nèi)容主要采用的是質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2wt.%（約為每ml溶液中0.02g顆粒）的導(dǎo)電顆粒懸浮液，溶劑為純異丙醇溶液，所用的針頭規(guī)格為24G，供給流量為0.5ml/H，噴霧時(shí)間持續(xù)一分鐘。以上參數(shù)除了流量和針頭型號(hào)外對(duì)沉積斑紋的形狀基本沒(méi)有影響，濃度變化僅影響斑紋的明暗程度，同樣延長(zhǎng)噴霧時(shí)間也不會(huì)顯著改變斑紋直徑的大小。

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審核編輯 黃宇