一种提高多孔硅物理结构和光学特性均匀性的新方法技术

本发明专利技术公开了一种提高多孔硅物理结构和光学特性均匀性的新方法，该方法是在多孔硅制备过程中，通过在腐蚀液中添加少量的臭氧，使多孔硅内表面硅的悬空键或氢键与臭氧中的氧原子结合或置换形成硅‑氧键，腐蚀液中的氢氟酸腐蚀掉部分内表面的硅‑氧键，从而导致在多孔硅膜沿纵向方向上的随腐蚀深度增加而腐蚀的硅‑氧键减少的特点，而在正常腐蚀条件下，随腐蚀深度的增加，多孔度变大或折射率变小，在一定条件下，二者达到动态平衡，使多孔硅材料沿纵向方向其多孔度保持均匀性，增强了多孔硅材料内表面的均匀性、光滑度和机械强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种提高多孔硅物理结构和光学特性均匀性的新方法。
技术介绍
自Uhlir在氢氟酸(HF)溶液中对硅片进行电化学抛光处理时发现了多孔硅材料以来；多孔硅材料已经在光电子材料、光学器件、太阳能电池以及传感器技术等方面广泛地研究并应用，但急需解决的瓶颈问题之一是多孔硅膜（尤其是厚膜多孔硅）物理结构和光学特性不均匀性。由于其物理结构和光学特性均匀性一直没有得到有效改善，限制其广泛应用。据有关文献报道，多孔硅材料的特性如多孔度、折射率、物理厚度、均匀性、表面和界面平整度、孔径和微结构等强烈依赖于阳极腐蚀参数，这些参数包括腐蚀液的组成成分、腐蚀电流的密度、腐蚀时间、硅片的类型和电阻率等，从已有的文献归纳出如下结论：在正常的恒电流密度的腐蚀条件下，随腐蚀深度的增加，多孔度变大或折射率变小；导致多孔硅沿纵向方向物理结构和光学特性的不均匀性，也导致多孔硅多层膜界面的界面性能和平整性变差。现阶段，为了得到多孔硅物理结构和光学特性均匀性的多孔硅膜，一般采用递减腐蚀电流密度的方法等来改善多孔硅纵向物理结构均匀性，这些方法虽然改善了多孔硅纵向方向物理结构和光学特性均匀性，但增加了实验设备的复杂性，有待进一步改善。
技术实现思路
为了克服目前采用递减腐蚀电流密度法等对多孔硅处理所存在的设备复杂性、物理结构纵向均匀性有待进一步改善的缺陷，本专利技术的目的是提供一种提高多孔硅物理结构和光学特性均匀性的新方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案：一种提高多孔硅物理结构和光学特性均匀性的方法，其特征在于，该方法是在腐蚀液中添加臭氧，在制备多孔硅过程中，一方面，由臭氧中的氧原子将多孔硅内表面硅柱上硅原子的悬空键或氢键用氧原子取代，在多孔硅内表面形成一层硅-氧键构成的膜，一方面，腐蚀液中的氢氟酸与多孔硅内表面的硅-氧键反应，腐蚀掉部分内表面的硅-氧键，从而导致在多孔硅膜沿纵向方向上的随腐蚀深度增加而腐蚀的硅-氧键减少的特点。优选地，上述臭氧的添加量为10-150ppm。优选地，在腐蚀电路中串联一个矩形脉冲电子开关，以产生一矩形恒流腐蚀电流。在无电流期间，加大臭氧中的氧原子与硅的悬空键结合的形成硅氧键的概率。与现有技术相比，本专利技术具备的有益效果：通过在腐蚀液中添加少量的臭氧；电路串联一个矩形脉冲电子开关，以产生一矩形恒流腐蚀电流，在制备多孔硅过程中，一方面，由臭氧（）中的氧原子将多孔硅内表面硅柱上硅原子的悬空键或氢键用氧原子取代，在多孔硅内表面形成一层硅-氧键构成的膜，一方面，腐蚀液中的氢氟酸与多孔硅内表面的硅-氧键反应，腐蚀掉部分内表面的硅-氧键，因此提高了多孔硅薄膜的纵向物理微结构和光学特性的均匀性；而且有利于探索稳定性、均匀性和界面平整度改善后的多孔硅多层膜用于光子器件中实现方案，有可能制备和实现稳定性较强或均匀性较高的多孔硅多层器件或多孔硅微腔。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。以下所述，仅是本专利技术的较佳实施例而已，并非对本专利技术做其他形式的限制，任何本
的技术人员可能利用本专利技术公开的
技术实现思路
加以变更为同等变化的等效实施例。故凡是未脱离本专利技术方案的内容，依据本专利技术的技术实质对以下实施例做简单修改或等同变化，均应落在本专利技术的保护范围内。实施例一本专利技术的这种提高多孔硅物理结构和光学特性均匀性的方法，具体包括如下步骤：1、连接好电路：即在腐蚀槽内放有腐蚀液，在腐蚀槽内的一端设有硅片，在腐蚀槽内的另一端设有铂片，硅片和铂片浸泡在腐蚀液中，在腐蚀槽外设有恒流源；电路串联一个频率为10赫兹、占空比为25%的矩形脉冲电子开关，以产生一矩形恒流腐蚀电流，恒流源是通过TekVisaAFG3101任意波形发生器产生的，该恒流源的正极通过导线与硅片连接，恒流源的负极通过导线与铂片连接，工作时，电流源的正负极通过腐蚀液形成电流回路；2、选用类型为P100、电阻率为0.01Ω.cm的硅片作为电化学腐蚀的阳极，薄铂片作为电化学腐蚀的阴极；硅片和薄铂片全部浸没在电解腐蚀液中进行电腐蚀，腐蚀时间为15min，电解腐蚀液是按氢氟酸：无水乙醇和去离子水（臭氧含量80ppm）以体积比为1:1:2配制的；3、为了研究问题的方便，我们选择了两组实验，其实验参数和对应的数据如下：编号腐蚀电流（mA/cm2）腐蚀时间(Min)多孔度多孔硅厚度(μm)⑴51556%~1.35⑵101559%~2.604、根据相关文献并结合上述的实验条件，得到所形成的两片多孔硅膜的多孔度分别约为56%、59%，厚度大约分别为1.35μm、2.60μm；5、制备完毕后，使用去离子水冲洗，最后在空气中干燥；6、多孔硅样品通过反射谱、光致发光谱和SEM进行分析研究；7、检验合格后即为成品。实施例二本实施例的这种能提高多孔硅物理结构和光学特性均匀性的方法，具体包括如下步骤：1、连接好电路：即在腐蚀槽内放有腐蚀液，在腐蚀槽内的一端设有硅片，在腐蚀槽内的另一端设有铂片，硅片和铂片浸泡在腐蚀液中，在腐蚀槽外设有恒流源；电路串联一个频率为20赫兹、占空比为25%的矩形脉冲电子开关，以产生一矩形恒流腐蚀电流，恒流源是通过TekVisaAFG3101任意波形发生器产生的，该恒流源的正极通过导线与硅片连接，恒流源的负极通过导线与铂片连接，工作时，电流源的正负极通过腐蚀液形成电流回路；2、选用类型为P100、电阻率为0.01Ω.cm的硅片作为电化学腐蚀的阳极，薄铂片作为电化学腐蚀的阴极；硅片和薄铂片全部浸没在电解腐蚀液中进行电腐蚀，腐蚀时间为10min，电解腐蚀液是按氢氟酸：无水乙醇和去离子水（臭氧含量100ppm）以体积比为1:1:2配制的；3、为了研究问题的方便，我们选择了两组实验，其实验参数和对应的数据如下：编号腐蚀电流（mA/cm2）腐蚀时间(Min)多孔度多孔硅厚度(μm)⑴101058%~1.8⑵151061%~2.654、根据相关文献并结合上述的实验条件，得到所形成的两片多孔硅膜的多孔度分别约为58%、61%，厚度大约分别为1.8μm、2.65μm；5、制备完毕后，使用去离子水冲洗，最后在空气中干燥；6、多孔硅样品通过反射谱、光致发光谱和SEM进行分析研究；7、检验合格后即为成品。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高多孔硅物理结构和光学特性均匀性的方法，其特征在于，在腐蚀液中添加臭氧，在制备多孔硅过程中，一方面，由臭氧中的氧原子将多孔硅内表面硅柱上硅原子的悬空键或氢键用氧原子取代，在多孔硅内表面形成一层硅‑氧键构成的膜，一方面，由腐蚀液中的氢氟酸与多孔硅内表面的硅‑氧键反应，腐蚀掉部分内表面的硅‑氧键，从而导致在多孔硅膜沿纵向方向上的随腐蚀深度增加而腐蚀的硅‑氧键减少的特点。

【技术特征摘要】
1.一种提高多孔硅物理结构和光学特性均匀性的方法，其特征在于，在腐蚀液中添加臭氧，在制备多孔硅过程中，一方面，由臭氧中的氧原子将多孔硅内表面硅柱上硅原子的悬空键或氢键用氧原子取代，在多孔硅内表面形成一层硅-氧键构成的膜，一方面，由腐蚀液中的氢氟酸与多孔硅内表面的硅-氧键反应，腐蚀掉部分内表面的硅-氧键，从而导致在多孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙永福，曹勇，
申请(专利权)人：湖南文理学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43