一種改善多孔硅縱向物理結構和光學特性均勻性的方法技術

本發明專利技術公開了一種改善多孔硅縱向物理結構和光學特性均勻性的方法。該方法是在制備多孔硅過程中，一方面，逐漸升高腐蝕液的腐蝕溫度，氫氟酸分子縱向腐蝕硅的能力越來越大，從而引起在縱向方向上多孔硅的多孔度隨腐蝕深度增加而減少；另一方面，在正常的恒電流密度的腐蝕條件下，隨腐蝕深度的增加，多孔度變大或折射率變小。在一定條件下，二者達到動態平衡，使多孔硅薄膜沿縱向方向其多孔度保持一致，增強了多孔硅薄膜內表面的縱向物理結構的均勻性，保證多孔硅薄膜縱向物理結構和光學特性的均勻性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體
，具體涉及一種改善多孔硅縱向物理結構和光學特性均勻性的方法。
技術介紹
1990年，Canham發現多孔硅在室溫下發出可見光，這個發現為多孔硅的研究開辟了新紀元，即室溫下發光多孔硅研究階段；多孔硅在室溫下的發光展示了硅在光電子學、光學器件以及顯示技術等方面廣闊的應用前景。1996年，以多孔硅為基礎材料的光電集成電路的實現使得這種前景更加有吸引力，但由于其發光性能一直沒有得到有效改善，多孔硅發光和器件的研究及應用一直沒有取得明顯進展，也很少有文獻對多孔硅的微結構對其光學特性的影響進行系統研究。現今，急需解決的瓶頸問題之一是納米多孔硅薄膜的物理微結構、光學特性的均勻性及界面平整度。多孔硅膜（尤其是厚膜多孔硅）物理微結構不均勻性和光學特性不穩定，限制其廣泛應用，同時，現有的研究工作基本上都是在室溫下完成的，而制備溫度對多孔硅微結構和發光特性的影響至今研究還比較少。最早Onoetal等研究了制備溫度對多孔硅光致發光譜的影響，他們報道了隨制備溫度的降低光致發光強度降低的實驗結果；而Setzuetal則報道了光致發光強度隨制備溫度的降低而增強的實驗結果；后來，Blackwoodetal發現光致發光譜的強度與制備溫度之間的關系具有隨機性。另外，隨制備溫度的降低，Onoetal觀察到峰值紅移，而Blackwoodetal觀察到峰值藍移。雖然以上研究工作沒有給出一致的規律性，但這些實驗結果表明多孔硅的光致發光譜與制備溫度有強烈的依賴性。2002年，Reeceetal等人已經在腐蝕液的溫度維持在-22.5℃攝氏度時，制備了高質量的多孔硅微腔，當其工作在近紅外區時，該微腔的光學諧振線寬為0.63nm；而有關文獻在室溫條件下制備的多孔硅微腔，其發光半高寬為6~15nm。在-22.5℃條件制備的微腔進一步說明制備溫度是制備高質量多孔硅多層膜的關鍵因素。眾所周知，決定具有多孔硅多層膜結構的微腔和布拉格反射鏡等光學器件的質量是多孔硅薄膜的均勻性以及界面的平整性，因此,系統研究制備溫度與多孔硅界面平整性之間的關系是十分必要的。從已有的文獻歸納出如下結論：在恒電流密度的腐蝕條件下，隨腐蝕深度的增加，多孔度變大或折射率變小，導致多孔硅沿縱向方向物理結構和光學特性的不均勻性，也導致多孔硅多層膜界面的界面性能和平整性變差。現階段，為了制備得到多孔硅物理結構和光學特性均勻性的多孔硅膜，一般采用遞減腐蝕電流密度的方法等來改善多孔硅縱向物理結構均勻性，這些方法雖然改善了多孔硅縱向物理結構和光學特性均勻性，但增加了實驗設備的復雜性，有待進一步改善。
技術實現思路
為了克服目前采用遞減腐蝕電流密度法等對多孔硅均勻性處理所帶來的設備復雜性、縱向物理結構均勻性有待進一步改善的不足，本專利技術的目的是提供一種能改善多孔硅縱向物理結構和光學特性均勻性的方法。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案：一種改善多孔硅縱向物理結構和光學特性均勻性的方法，其特征在于，該方法是在制備多孔硅過程中逐漸升高腐蝕液的溫度。在其他條件相同的條件下，腐蝕液溫度越高，氫氟酸分子縱向腐蝕硅的能力越大，多孔硅的多孔度越小。在制備多孔硅過程中，一方面，由于腐蝕液的溫度越高，氫氟酸分子縱向腐蝕硅的能力越大，多孔硅的多孔度越小，導致隨腐蝕液溫度升高，在縱向方向上多孔硅多孔度有變小的趨勢；另一方面，在恒電流密度的腐蝕條件下，隨腐蝕深度的增加，多孔度變大或折射率變小。兩種趨勢達到動態平衡，從而導致多孔硅的多孔度在縱向方向上保持一致。優選地，在腐蝕時間內，上述腐蝕液的溫度增加量為在腐蝕液初始溫度基礎上增加2-30℃，并勻速升高腐蝕液的溫度。與現有技術相比，本專利技術具備的有益效果：通過在腐蝕液中勻速升高腐蝕液的溫度，在制備多孔硅的過程中，一方面，由于腐蝕液溫度逐漸升高，導致腐蝕液中氫氟酸分子的熱運動逐漸加快，氫氟酸分子縱向腐蝕硅的能力越來越大，導致在縱向方向上多孔硅多孔度有變小的趨勢；另一方面，由于在恒電流密度的腐蝕條件下，隨腐蝕深度的增加，多孔度變大或折射率變小，在一定條件下，二者達到動態平衡，從而導致多孔硅多孔度在縱向方向上保持一致。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術作進一步的說明。以下所述，僅是本專利技術的較佳實施例而已，并非對本專利技術做其他形式的限制，任何本
的技術人員可能利用本專利技術公開的
技術實現思路
加以變更為同等變化的等效實施例。故凡是未脫離本專利技術方案的內容，依據本專利技術的技術實質對以下實施例做簡單修改或等同變化，均應落在本專利技術的保護范圍內。實施例一本專利技術的這種能改善多孔硅縱向物理結構和光學特性均勻性的方法，具體包括如下步驟：1、連接好電路：即在腐蝕槽內放有腐蝕液，在腐蝕槽內的一端設有硅片，在腐蝕槽內的另一端設有鉑片，硅片和鉑片浸泡在腐蝕液中，在腐蝕槽外設有恒流源；恒流源是通過TekVisaAFG3101任意波形發生器產生的，該恒流源的正極通過導線與硅片連接，恒流源的負極通過導線與鉑片連接，工作時，電流源的正負極通過腐蝕液形成電流回路。2、選用類型為P100、電阻率為0.01Ω.cm的硅片作為電化學腐蝕的陽極，薄鉑片作為電化學腐蝕的陰極；硅片和薄鉑片全部浸沒在電解腐蝕液中進行電腐蝕，腐蝕時間為4min，電解腐蝕液是按氫氟酸：無水乙醇和去離子水以體積比為1:1:2配制的。腐蝕液的初溫是25℃，在4分鐘的多孔硅制備過程中，加熱腐蝕液，其溫度逐漸均勻升高到28℃，直至腐蝕完成。3、為了研究問題的方便，我們選擇了兩組實驗，其實驗參數和對應的數據如下：編號腐蝕電流（mA/cm2）腐蝕時間(Min)多孔度多孔硅厚度(μm)⑴5451%~1.45⑵10453%~2.754、根據相關文獻并結合上述的實驗條件，得到所形成的兩片多孔硅膜的多孔度分別約為51%、53%，厚度大約分別為1.45μm、2.75μm；5、制備完畢后，使用去離子水沖洗，最后在空氣中干燥；6、多孔硅樣品通過反射譜、光致發光譜和SEM進行分析研究；7、檢驗合格后即為成品。實施例二本實施例的這種能改善多孔硅縱向物理結構和光學特性均勻性的方法，具體包括如下步驟：1、連接好電路：即在腐蝕槽內放有腐蝕液，在腐蝕槽內的一端設有硅片，在腐蝕槽內的另一端設有鉑片，硅片和鉑片浸泡在腐蝕液中，在腐蝕槽外設有恒流源；恒流源是通過TekVisaAFG3101任意波形發生器產生的，該恒流源的正極通過導線與硅片連接，恒流源的負極通過導線與鉑片連接，工作時，電流源的正負極通過腐蝕液形成電流回路。2、選用類型為P100、電阻率為0.01Ω.cm的硅片作為電化學腐蝕的陽極，薄鉑片作為電化學腐蝕的陰極；硅片和薄鉑片全部浸沒在電解腐蝕液中進行電腐蝕，腐蝕時間為3min，電解腐蝕液是按氫氟酸：無水乙醇和去離子水以體積比為1:1:2配制的。腐蝕液的初溫是25℃，在3分鐘的多孔硅制備過程中，加熱腐蝕液，其溫度逐漸均勻升高到27℃，直至腐蝕完成。3、為了研究問題的方便，我們選擇了兩組實驗，其實驗參數和對應的數據如下：編號腐蝕電流（mA/cm2）腐蝕時間(Min)多孔度多孔硅厚度(μm)⑴10351%~1.95⑵15354%~2.754、根據相關文獻并結合上述實驗條件，得到所形成的兩片多孔硅膜多孔度分別約為51%、54%，厚度大約分別為1.95μm、2.7本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改善多孔硅縱向物理結構和光學特性均勻性的方法，其特征在于，在制備多孔硅過程中，通過逐漸均勻升高腐蝕液的腐蝕溫度，實現以下目的：一方面，在正常的恒電流密度的腐蝕條件下，隨腐蝕深度的增加，多孔度變大或折射率變小；另一方面，隨著腐蝕液溫度的逐漸增加，氫氟酸分子縱向腐蝕硅的能力越大，導致多孔硅縱向多孔度隨腐蝕液溫度的升高而減少，兩種趨勢達到動態平衡，從而導致多孔硅多孔度在縱向方向上保持一致。

【技術特征摘要】
1.一種改善多孔硅縱向物理結構和光學特性均勻性的方法，其特征在于，在制備多孔硅過程中，通過逐漸均勻升高腐蝕液的腐蝕溫度，實現以下目的：一方面，在正常的恒電流密度的腐蝕條件下，隨腐蝕深度的增加，多孔度變大或折射率變小；另一方面，隨著腐蝕液溫度的逐漸增加，氫氟酸分子縱向腐蝕硅的能力越大，導...

【專利技術屬性】
技術研發人員：龍永福，
申請(專利權)人：湖南文理學院，
類型：發明
國別省市：湖南;43