Details

Наиболее распространенным и доступным методом, применяемым при изготовлении игл из пластин монокристаллического кремния, является анизотропное жидкостное травление. Зависимость формы и размеров игл от концентрации травящего раствора при использовании одного типа маски (круглой, квадратной или другой формы) изучена недостаточно полно. Данные о форме, размере и аспектном отношении получаемых игл для высоких концентраций водного раствора KOH (более 50 %) практически не приводятся. В работе изучена зависимость формы, размеров и аспектного отношения кремниевых игл пирамидальной формы, полученных при анизотропном травлении кремния в водном растворе КОН, от концентрации раствора в интервале 30-75 %. Проведены расчеты индексов Миллера (hkl) для плоскостей, образующих грани игл. Показано, что использование высоких концентраций водного раствора KOH (70 и 75 %) позволяет изготавливать иглы в форме восьмиугольных пирамид, сохраняющих форму на всей высоте. На остриях таких игл практически отсутствуют дефекты в виде "микролезвий", тогда как при меньших концентрациях водного раствора KOH (30 и 50 %) "микролезвия" наблюдаются практически на всех иглах. Установлено, что при травлении кремния в 75%-ном водном растворе KOH формируются иглы с наибольшей высотой (12-14 мкм) и максимальным аспектным отношением, равным 1,72 мкм, боковые грани игл образованы восемью плоскостями из семейства {411} и {141}.

The most common and available method used in the manufacture of needles from single-crystal silicon wafers is anisotropic wet etching. In the literature, the dependence of the shape and size of the needles on the concentration of the etching solution when using one type of mask (round, square, or other shape) has not been fully studied. Data on the shape, size, and aspect ratio of the obtained needles for high concentrations of an aqueous solution of KOH (more than 50 %) are practically not given. In this work, the dependence of the shape, dimensions and aspect ratio for pyramidal needles obtained by anisotropic etching of silicon in aqueous solution of KOH on concentration in the range 30-75 % is studied. The Miller indices (hkl) are calculated for the planes forming the faces of the needles. It was shown that the use of high concentrations of KOH solution (70 and 75 %) makes it possible to produce needles in the form of octagonal pyramids that retain their shape over the entire height. There are practically no “microblade” type defects on the tips of these needles, while at lower KOH concentrations (30 and 50 %), “microblades” are observed on almost all needles. It has been established that during silicon etching in aqueous solution of KOH with a concentration of 75 %, needles are formed with the largest height (12-14 mum) and a maximum aspect ratio equal to 1.72 mum; the side faces of the needles are formed by eight planes from the {411} and {141} families.