技術領域

本發明屬于微米/亞微米塊體材料加工領域，涉及金屬單晶、金屬多晶微米/亞微米塊體材料，非晶微米/亞微米塊體材料，特別涉及到一種加工微米/亞微米塊體試樣的方法。

背景技術

在微電子機械系統(MEMS)設備中，微構件的尺寸已明顯向微米、亞微米及納米尺度減小，這些尺度的微構件呈現了與宏觀尺度微構件不一樣的力學性能。因而，激起了人們對微米/亞微米尺度塊體材料進行廣泛深入的研究。

目前，實驗中微米/亞微米塊體材料的制備，人們一般采取聚焦離子束(FIB)技術進行加工。這種技術在加工前，需要首先把欲加工的材料表面研磨拋光，利用Ga⁺離子轟擊修整去掉多余部分，從而制取所需尺寸的微米/亞微米塊體試樣。而這種微米/亞微米塊體試樣的加工技術加工成本昂貴，同時這種加工技術費時費力，加工的試樣尺寸越大，所需的時間越長。因而，利用這種技術不便于大規模加工微米/亞微米尺度塊體材料來對其進行性能研究。

在這種情況下，人們采取了其他一些微米/亞微米塊體試樣加工技術來替代或部分替代聚焦離子束(FIB)加工技術。如蒸鍍法、微電火花切割法、電化學腐蝕法、定向凝固基體的化學腐蝕法。這些技術雖有一些應用，但是還是有著自身的缺陷和局限性，例如，蒸鍍法加工出來的都是多晶試樣，定向凝固基體的化學腐蝕法只局限于一部分材料。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷或不足，本發明的目的是提供一種加工微米/亞微米尺度塊體試樣的方法。該方法具有花費相對低廉、省時、宜于批量加工等優點。

實現上述目的的技術方案是，一種加工微米/亞微米尺度塊體試樣的方法，包括以下步驟：

(1)加工光刻蝕所用的掩膜板。在掩膜板上加工若干個相同尺寸的圖案，并且設計的掩膜板上的圖案尺寸大于欲得到的最終微米/亞微米塊體試樣尺寸；

(2)采用光刻技術將掩膜板上的圖案復制到涂有光刻正膠的已研磨拋光的待刻蝕材料表面上，再將待刻蝕材料在60～100℃下烘干3～8分鐘；

(3)將待刻蝕材料浸入腐蝕液中，同時以30～60轉/分鐘勻速攪拌腐蝕液，腐蝕0.5～3分鐘后取出刻蝕材料，再將其放入丙酮溶液中進行清洗，得到微米尺度的塊體試樣。

(4)對通過光刻蝕得到的微米尺度的塊體試樣進行聚焦離子束修刻，利用Ga⁺束轟擊掉試樣上多余的部分，得到精確的最終尺寸的微米/亞微米塊體試樣。

待刻蝕材料可為有合適腐蝕劑的金屬多晶、金屬單晶和非晶。

待刻蝕材料為有合適腐蝕液的Ti單晶，Ti5Al單晶和Cu₄₆Zr₄₇Al₇非晶。

所述的腐蝕液指Ti單晶的腐蝕液為3％HF+97％H₂O或5％HF+95％H₂O，Ti5Al單晶的腐蝕液為5％HF+95％H₂O，Cu₄₆Zr₄₇Al₇非晶的腐蝕液為1％HF+99％H₂O。

本發明將光刻蝕加工和聚焦離子束加工結合起來加工微米/亞微米塊體試樣，能夠在保證所需精度的前提下實現微米/亞微米塊體試樣的批量加工，并且成本相對低廉，加工時間大大縮短。

附圖說明

圖1為Ti單晶表面光刻蝕后的微米尺度的塊體試樣形貌圖。

圖2為Ti單晶光刻蝕后利用聚焦離子束技術加工的2μm×2μm×4.4μm試樣圖。

圖3為Ti單晶光刻蝕后利用聚焦離子束技術加工的1μm×1μm×2.2μm試樣圖。

圖4為Ti單晶光刻蝕后利用聚焦離子束技術加工的0.6μm×0.6μm×1.3μm試樣圖。

圖5為Ti單晶光刻蝕后利用聚焦離子束技術加工的0.4μm×0.4μm×0.88μm試樣圖。

圖6為Ti單晶表面光刻蝕后的微米尺度的塊體試樣形貌圖。

圖7為Ti單晶光刻蝕后利用聚焦離子束技術加工的2μm×2μm×4.4μm試樣圖。

圖8為Ti單晶光刻蝕后利用聚焦離子束技術加工的1μm×2μm×3μm試樣圖。

圖9為Ti單晶光刻蝕后利用聚焦離子束技術加工的0.5μm×0.5μm×1.1μm試樣圖。

圖10為Ti5Al單晶光刻蝕后利用聚焦離子束技術加工的1μm×1μm×2μm試樣圖。

圖11為Cu₄₆Zr₄₇Al₇非晶光刻蝕后利用聚焦離子束技術加工的1μm×1μm×2μm試樣圖。