高壓放大器在顆粒電霧化布控實驗研究中的應用
實驗名稱：顆粒電霧化布控實驗研究
測試目的：圍繞導電顆粒電霧化布控的有關特性展開具體研究，通過對比不同參數下的顆粒沉積情況來考察該工藝的目標工作區(qū)間，并就實驗中遭遇到的其他現象進行分析和說明。
測試設備：高壓放大器、驅動器、工業(yè)相機、注射控制泵、電腦等。
實驗過程：
圖1：顆粒布控原型裝置
設計加工了用于導電顆粒布控噴灑的原型裝置（圖1a）。該裝置基于自動化和模塊化的思路更新了原平臺的若干功能組件，包括高壓電源器件及注射控制泵，同時擴展了具備運動能力的底部平臺來輔助提升顆粒沉積的效果并兼容預期尺度的芯片晶圓。
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增強放大至所需強度，通過控制PC端的數模轉換元件可以實時控制輸出電壓的大小，這樣可以實現兩個功能：1）可以根據參考運動平臺以及流量控制時序來同步施加電壓引發(fā)霧化噴射，因而可以選定沉積區(qū)的大致位置；2）可以設定霧化發(fā)生時的電壓值函數，前面介紹過在穩(wěn)態(tài)錐模式下，隨著電壓的升高噴霧射流及噴霧場會持續(xù)發(fā)生偏轉，若希望沉積斑紋的形態(tài)對稱均一應盡量選擇靠近觸發(fā)穩(wěn)態(tài)錐模式的下緣電壓值作為霧化工作電壓。但由于遲滯效應的關系，當電壓值過于接近觸發(fā)下緣時，存在一定的概率使得霧化仍處在脈沖錐射流模式下。此時可通過PC控制端設定一個較高的起始值并隨即略微下調，即可在確保形成穩(wěn)態(tài)錐噴射的同時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
首先對比使用不同極間距時顆粒整體沉積斑紋的大小，當極間距過小時噴霧無法有效展開，而當極間距過大時噴霧場則因易受外部氣流的影響而失去較優(yōu)的對稱性。顯然這兩種條件都不利于獲得均勻的沉積圖案，所以在本次實驗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，從圖像左側的校驗刻度（1mm每格）可以測得斑紋直徑的大小。總的來看獲得的沉積斑紋邊界清晰、形態(tài)完整且較為平滑，可見電霧化工藝能夠較好的將大量導電顆粒均勻的散布到大面積的基板上。圖3統計了不同極間距下10次實驗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看，除了在較近距離處存在略微的偏差外，整體呈線性增長關系。
圖3：不同極間距下沉積斑紋直徑分布圖
實驗結果：
通過沉積斑紋整體形貌的對比觀測，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兩方面考慮的結果。實驗參數方面，本節(jié)內容主要采用的是質量分數0.2wt.%（約為每ml溶液中0.02g顆粒）的導電顆粒懸浮液，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，噴霧時間持續(xù)一分鐘。以上參數除了流量和針頭型號外對沉積斑紋的形狀基本沒有影響，濃度變化僅影響斑紋的明暗程度，同樣延長噴霧時間也不會顯著改變斑紋直徑的大小。
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