[发明专利]一种加工微米/亚微米尺度块体试样的方法

说明书

技术领域

本发明属于微米/亚微米块体材料加工领域，涉及金属单晶、金属多晶微米/亚微米块体材料，非晶微米/亚微米块体材料，特别涉及到一种加工微米/亚微米块体试样的方法。

背景技术

在微电子机械系统(MEMS)设备中，微构件的尺寸已明显向微米、亚微米及纳米尺度减小，这些尺度的微构件呈现了与宏观尺度微构件不一样的力学性能。因而，激起了人们对微米/亚微米尺度块体材料进行广泛深入的研究。

目前，实验中微米/亚微米块体材料的制备，人们一般采取聚焦离子束(FIB)技术进行加工。这种技术在加工前，需要首先把欲加工的材料表面研磨抛光，利用Ga⁺离子轰击修整去掉多余部分，从而制取所需尺寸的微米/亚微米块体试样。而这种微米/亚微米块体试样的加工技术加工成本昂贵，同时这种加工技术费时费力，加工的试样尺寸越大，所需的时间越长。因而，利用这种技术不便于大规模加工微米/亚微米尺度块体材料来对其进行性能研究。

在这种情况下，人们采取了其他一些微米/亚微米块体试样加工技术来替代或部分替代聚焦离子束(FIB)加工技术。如蒸镀法、微电火花切割法、电化学腐蚀法、定向凝固基体的化学腐蚀法。这些技术虽有一些应用，但是还是有着自身的缺陷和局限性，例如，蒸镀法加工出来的都是多晶试样，定向凝固基体的化学腐蚀法只局限于一部分材料。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的是提供一种加工微米/亚微米尺度块体试样的方法。该方法具有花费相对低廉、省时、宜于批量加工等优点。

实现上述目的的技术方案是，一种加工微米/亚微米尺度块体试样的方法，包括以下步骤：

(1)加工光刻蚀所用的掩膜板。在掩膜板上加工若干个相同尺寸的图案，并且设计的掩膜板上的图案尺寸大于欲得到的最终微米/亚微米块体试样尺寸；

(2)采用光刻技术将掩膜板上的图案复制到涂有光刻正胶的已研磨抛光的待刻蚀材料表面上，再将待刻蚀材料在60～100℃下烘干3～8分钟；

(3)将待刻蚀材料浸入腐蚀液中，同时以30～60转/分钟匀速搅拌腐蚀液，腐蚀0.5～3分钟后取出刻蚀材料，再将其放入丙酮溶液中进行清洗，得到微米尺度的块体试样。

(4)对通过光刻蚀得到的微米尺度的块体试样进行聚焦离子束修刻，利用Ga⁺束轰击掉试样上多余的部分，得到精确的最终尺寸的微米/亚微米块体试样。

待刻蚀材料可为有合适腐蚀剂的金属多晶、金属单晶和非晶。

待刻蚀材料为有合适腐蚀液的Ti单晶，Ti5Al单晶和Cu₄₆Zr₄₇Al₇非晶。

所述的腐蚀液指Ti单晶的腐蚀液为3％HF+97％H₂O或5％HF+95％H₂O，Ti5Al单晶的腐蚀液为5％HF+95％H₂O，Cu₄₆Zr₄₇Al₇非晶的腐蚀液为1％HF+99％H₂O。

本发明将光刻蚀加工和聚焦离子束加工结合起来加工微米/亚微米块体试样，能够在保证所需精度的前提下实现微米/亚微米块体试样的批量加工，并且成本相对低廉，加工时间大大缩短。

附图说明

图1为Ti单晶表面光刻蚀后的微米尺度的块体试样形貌图。

图2为Ti单晶光刻蚀后利用聚焦离子束技术加工的2μm×2μm×4.4μm试样图。

图3为Ti单晶光刻蚀后利用聚焦离子束技术加工的1μm×1μm×2.2μm试样图。

图4为Ti单晶光刻蚀后利用聚焦离子束技术加工的0.6μm×0.6μm×1.3μm试样图。

图5为Ti单晶光刻蚀后利用聚焦离子束技术加工的0.4μm×0.4μm×0.88μm试样图。

图6为Ti单晶表面光刻蚀后的微米尺度的块体试样形貌图。

图7为Ti单晶光刻蚀后利用聚焦离子束技术加工的2μm×2μm×4.4μm试样图。

图8为Ti单晶光刻蚀后利用聚焦离子束技术加工的1μm×2μm×3μm试样图。

图9为Ti单晶光刻蚀后利用聚焦离子束技术加工的0.5μm×0.5μm×1.1μm试样图。

图10为Ti5Al单晶光刻蚀后利用聚焦离子束技术加工的1μm×1μm×2μm试样图。

图11为Cu₄₆Zr₄₇Al₇非晶光刻蚀后利用聚焦离子束技术加工的1μm×1μm×2μm试样图。