针对传统熔石英激光窗口在碱金属蒸气环境下易腐蚀的痛点问题，提出了在蓝宝石材料上制备增透微结构的方法，以实现耐高温、耐腐蚀的高透激光窗口。在理论仿真的基础上，采用干涉曝光与反应离子束刻蚀技术，在蓝宝石基底表面上制备了增透微结构，其对795 nm光的单面透过率达到99.23%。在此基础上，制备了双面增透微结构和一面增透微结构一面增透膜的蓝宝石窗口片，相较于蓝宝石基底，它们对795 nm光的透过率分别提升了12.13%和13.02%。高功率激光作用温升测试结果表明，当激光功率从35 W增加到99.6 W时，裸基板温度增加了5.9 ℃，但是双面增透样品的温升均为3.8 ℃，表明双面增透处理可以适当降低温升。同时，光束质量测试结果表明，当高功率激光作用下微结构窗口的温度控制在200 ℃以内时，双面增透样品的光束质量因子在横向上的变化小于0.05，在纵向上的变化小于0.06，表明该增透窗口对入射光光束质量的影响甚小。

针对当前微机电系统(MEMS)发展对小型化封装的需求，设计了一种高可靠性、低成本、高深宽比的硅通孔(TSV)结构工艺流程。该工艺流程的核心是双面盲孔电镀，将TSV结构的金属填充分为正、反两次填充，最后获得了深度为155 μｍ、直径为41 μｍ的TSV结构。使用功率器件分析仪对TSV结构的电学性能进行了测试，使用X光检测机和扫描电子显微镜(SEM)分别观察了TSV结构内部的缺陷分布和填充情况。测试结果证明，TSV样品导电性能良好，电阻值约为1.79×10-3 Ω，孔内完全填充，没有空洞。该研究为实现MEMS的小型化封装提供了一种解决方法。

基于4H-SiC材料的微机电系统（MEMS）器件（如压力传感器、微波功率半导体器件等）在制造过程中，需要利用干法刻蚀技术对4H-SiC材料进行微加工。增加刻蚀速率可以提高加工效率，但是调节刻蚀工艺参数在改变4H-SiC材料刻蚀速率的同时，也会对刻蚀表面粗糙度产生影响，进而影响器件的性能。为了提高SiC材料的刻蚀速率并降低刻蚀表面粗糙度，满足4H-SiC MEMS器件研制的需求，本文通过优化光刻工艺参数（曝光模式、曝光时间、显影时间）获得了良好的光刻图形形貌，改善了刻蚀掩模的剥离效果。实验中采用SF₆和O₂作为刻蚀气体，镍作为刻蚀掩模，分析了4H-SiC反应离子刻蚀工艺参数（刻蚀气体含量、腔体压强、射频功率）对4H-SiC刻蚀速率和表面粗糙度的影响。实验结果表明，通过优化干法刻蚀工艺参数可以获得原子级平整的刻蚀表面。当SF₆的流量为330 mL/min，O₂流量为30 mL/min，腔体压强为4 Pa，射频功率为300 W时，4H-SiC材料的刻蚀速率可达到292.3 nm/min，表面均方根粗糙度为0.56 nm。采用优化的刻蚀工艺参数可以实现4H-SiC材料的高速率、高表面质量加工。

为了提高刻蚀的均匀性, 对400mm反应离子刻蚀（RIE）腔室建立了气体流动的连续流体模型和热传递模型, 研究了反应腔室内压强、流速和温度分布。冷却板恒温285K时, 依次改变入口流量和出口压强, 分别分析了腔室内部基片晶圆附近的流速、压强、温度的分布; 依次改变极板间距离（30mm～60mm）、进气口直径（300mm～620mm）、抽气口直径（50mm～250mm）, 分析了反应腔室内气流和温度分布。结果表明, 压强分布呈现出边缘低中心高的特征, 流速呈现边缘高且中心低的特征, 且在小流量时压强的均匀性较好; 压强分布的均匀性随腔室极板间距离增加而有所提高, 且随腔室气体出口面积减小与进口面积增加也有所提高; 基片晶圆上方附近处温度场大面均匀、稳定, 几乎不受入口流量波动变化的影响, 热稳定性良好。该研究对大口径RIE腔室结构设计改进及对大口径反应离子刻蚀工艺控制具有重要意义。

通过微结构结合镀膜的方法成功设计和制备了中红外宽带减反射元件。首先,利用FDTD Solutions软件,模拟了微结构周期、占空比、高度以及膜层厚度对所需波段透射率的影响规律,得到较好增透效果的微结构和膜层结构参数;根据设计参数,采用激光干涉曝光和反应离子束刻蚀技术在蓝宝石表面制备出相应微结构,然后在其表面镀制相应厚度的SiO2膜。测试结果表明:仅有单面微结构的蓝宝石元件在1.5~4 μm波段的平均透射率达到92.3%,具有复合结构的蓝宝石元件在该波段的平均透射率高达98.7%,相对双面抛光蓝宝石样品透射率提升11.0%左右,实现了蓝宝石表面的宽带增透;对具有复合结构的蓝宝石元件进行了湿度验证和高低温循环实验,实验前后透射率曲线无明显变化,且无明显水吸收,说明该元件具有很好的环境适用性。

为进一步提高聚酰亚胺薄膜光学器件的表面质量, 提出了一种聚酰亚胺薄膜的反应离子刻蚀抛光方法, 对其抛光原理和抛光实验进行了研究。利用光刻胶流体的低表面张力及流动特性, 通过在聚酰亚胺薄膜表面涂覆光刻胶对其表面缺陷进行填补; 结合聚酰亚胺与光刻胶的反应离子高各向异性等比刻蚀工艺, 将光刻胶光滑平整表面高保真刻蚀转移至聚酰亚胺表面, 从而实现聚酰亚胺薄膜的反应离子刻蚀抛光。实验结果表明: PV、RMS分别为1.347 μm和340 nm的粗糙表面, 通过二次抛光其粗糙度可降低至75 nm和13 nm; PV、RMS分别为61 nm和8 nm的表面, 其粗糙度可降低至9 nm 和1 nm。该抛光方法能有效提高聚酰亚胺薄膜的表面光洁度, 可为以聚酰亚胺薄膜为代表的高分子柔性光学器件的精密加工提供新的工艺思路。

通过测量平面型InGaAs/InP雪崩光电二极管闭管扩散器件帽层InP中Zn杂质的分布, 拟合出掺杂浓度随扩散深度的变化函数, 并且利用离化积分研究不同倍增层厚度下的最佳刻蚀坑深度和最佳刻蚀方法.结果表明在帽层深度不变的情况下, 最佳刻蚀坑深度会随着倍增层厚度而变化, 当倍增层厚度为1 μm左右时刻蚀坑深度在0.1~0.3 μm之间.采取反应离子刻蚀可以获得良好的刻蚀坑形貌, 有利于边缘击穿的抑制.

基于产线工艺制备了纳米绒面多晶硅太阳电池, 并表征其光电转换性能。研究结果表明: 相对传统微米绒坑, 纳米绒面能够提升多晶硅太阳电池的短路电流, 相应的光电转换效率绝对值提升大于0.4%, 产线均值光电转换效率超过了19.1%。结合漫反射光谱和外量子效率测试结果, 改进的光电转换的原因归结为纳米绒面能够有效地诱捕短波和长波太阳光子, 增强短波和长波太阳光响应。本研究证实纳米绒面多晶硅太阳电池可利用产线工艺制备且具有较高的光电转换效率, 能够实现产业化。

采用时域有限差分(FDTD)法对中红外波段(3~5 μm)硅基底的圆锥形仿生蛾眼微纳结构进行了仿真模拟。通过对微纳结构占空比、周期和刻蚀深度等参数的分析, 获得了具有良好抗反射特性的微纳结构的组合参数。为了更好地指导实际加工, 对不同参数进行了公差分析。制作中应用二元曝光技术和反应离子刻蚀技术在硅基底上制备得到该圆锥形仿生蛾眼微结构, 并且使用热场发射扫描电子显微镜得到了该微结构的表面形貌图。采用红外成像光谱仪对单面微结构的测试结果表明, 仿生蛾眼微结构的反射率在中红外波段约为5%。

分析了引起大面阵内线转移CCD直流短路的原因, 确认了二次金属铝刻蚀残留是引起器件失效的主要原因。利用扫描电子显微镜技术, 研究了刻蚀工艺参数对内线转移CCD二次金属铝刻蚀残留的影响。优化了预刻蚀、主刻蚀和过刻蚀三个阶段的工艺条件, 消除了金属铝刻蚀残留。采用优化的工艺参数进行二次金属铝刻蚀, 器件直流成品率提高了30%。