HCl浓度对多孔硅微结构及Si-H键合的影响

采用电化学湿法刻蚀制备了P型多孔硅,通过改变HCl溶液浓度来调整刻蚀液中的氢离子浓度。制备出的多孔硅孔径相同,孔深随着氢离子浓度的提高呈线性增大直至恒定。基于电流突发模型阐述了结构参数的变化:孔径的形成开始于刻蚀的初始阶段,空穴主导了初始阶段的腐蚀,空穴的迁移与消耗过程就是孔径扩张和孔壁形成的过程,该过程与硅片本身的性能密切相关,与氢离子浓度无关,故孔径基本恒定;氢离子浓度的提高加快氢的置换反应直至平衡,从而使反应总速率提高直至恒定,因此孔深先线性增大然后保持恒定;Si-H含量在一定范围内与孔深的变化吻合呈现上升趋势,且键合形式以Si-H2为主。     

光助电化学刻蚀法制作大面积高深宽比硅深槽

为解决用光助电化学刻蚀法制作大面积高深宽比硅深槽过程中出现均匀性差的问题,在分析了传统光助电化学刻蚀装置中存在的不足的基础上,设计并制作了一套新型大面积光助电化学刻蚀装置.该装置通过特殊设计的花洒式溶液循环机构和水冷隔热系统,解决了大面积硅片在长时间深刻蚀过程中出现的溶液升温和气泡堆积的问题.借助这套装置能够实现127 mm（5 inch）及以上大面积硅片的均匀深刻蚀.同时,通过采用以0.01 A/min的速率逐步增加刻蚀电流的方法,来补偿侧向腐蚀对槽底电流密度的影响,保证了整个刻蚀过程中硅深槽形貌的一致性.最终在整个127 mm硅片上制作出了各处均匀一致的硅深槽,深度达60μm、深宽比在20以上.     

化学刻蚀两步法制备硅纳米线(英文)

采用化学刻蚀两步法制备硅纳米线。在制作过程的不同阶段,通过金相显微镜,扫描电子显微镜及透射电子显微镜分别对其表面形态进行观察。结果表明,通过两步法制作的硅纳米线比传统刻蚀方法制作的样品具有更细的直径。光致发光的测量结果表明,两步法制备的硅纳米线在可见光领域有较强的红光发射。     

化学刻蚀法制备多孔硅的表面形貌研究

应用各种表面形貌分析方法如SEM、TEM、AFM等,通过对用化学刻蚀法形成的多孔硅进行表面形貌分析,发现由于横向腐蚀比较严重而使多孔硅层在达到一定深度后就会自动脱落。腐蚀中由于大量H2的析出,对硅晶体产生巨大的应力,这些应力使硅在比较脆弱的晶粒边界或缺陷处产生微裂纹,多孔硅就从这些地方开始和生长。     

硅基径向纳米线阵列的制备及其机理研究

采用金属辅助化学刻蚀(MACE)的方法在硅衬底上制备出尺寸可控、表面光滑的硅纳米线阵列.利用扫描电子显微镜等检测仪器对所制备的硅纳米线样品进行了表征,研究了附银时间和双氧水浓度等工艺参数对硅纳米线生长的影响.结果表明,在附银时间为60 s、双氧水浓度为1.0 mol/L条件下,能够得到较为均匀、规则的硅纳米线阵列.此外,探讨了银辅助刻蚀硅纳米线的形成机理.     

二氧化硅纳米颗粒的反应离子刻蚀及其在硅纳米针尖制备中的应用

系统地研究了硅衬底上二氧化硅纳米颗粒的反应离子刻蚀（R IE）过程,并在此基础上制备了可用于场发射的硅纳米针尖阵列.首先,采用改进的蒸发法在硅衬底上实现二氧化硅纳米颗粒的单层密排结构,再采用典型的刻蚀二氧化硅的RIE技术同时刻蚀硅衬底和二氧化硅纳米颗粒,在对纳米颗粒尺寸随刻蚀进行而改变的电镜照片分析的基础上,获得了相应的二氧化硅纳米颗粒刻蚀模型,计算得到横向和纵向的刻蚀速率;当刻蚀后的二氧化硅纳米颗粒从衬底上脱落后,进一步对硅衬底的刻蚀可以得到锐利的硅纳米针尖阵列,初步的实验结果表明,所制备的硅纳米针尖具有较好的场发射特性.     

金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线的研究进展

硅纳米线(Si NWs)由于具有独特的一维结构、热电导率、光电性质、电化学性能等特点,被广泛应用于热电与传感器件、光电子元器件、太阳能电池、锂离子电池等领域。金属辅助化学刻蚀法(MACE)是制备Si NWs的常用方法之一,具有操作简便、设备简单、成本低廉和高效等优点,可大规模商业化应用,因而近年来被广泛研究。金属辅助化学刻蚀制备硅纳米线的过程可以分为两步:首先在洁净的硅衬底表面沉积一层金属(Ag、Au、Pt等)纳米颗粒,以催化、氧化它附近的硅原子;然后利用HF溶解氧化层,从而对硅晶片进行刻蚀,形成纳米线阵列。然而,这种简单高效的制备硅纳米线的方法存在一些难以控制的缺点:(1)金属纳米颗粒聚集、相连后造成Si NWs之间的缝隙比较大,从而导致Si NWs密度较低;(2)由于金属纳米颗粒沉积的随机性,在硅晶片表面分布不均匀,不仅导致刻蚀出的纳米线直径范围(50～200 nm)较宽,而且使制得的纳米线阵列排列无序且间距不易调控;(3)当刻蚀出的硅纳米线太长时,范德华力等作用会造成纳米线顶端出现严重的团簇现象。针对常规法存在的一些问题以及不同的器件对硅纳米线的形貌、类型和直径等的要求,近年来的研究主要集中在如何减少纳米线顶端团簇、调控纳米表面粗糙度和直径、低成本制备有序硅纳米线等方面。目前一些改进常规金属辅助化学刻蚀的方法取得了进展,比如:(1)用酸溶液或UV/Ozone对硅晶片预处理,在表面形成氧化层,可以使纳米线的均匀性得到改善并增大其密度(从18%提高到38%);(2)使用物理气相沉积法在硅晶片表面沉积一层金属纳米薄膜,然后再刻蚀,这种方法能够减少纳米线顶端团簇和有效调控纳米线直径;(3)利用模板法(聚苯乙烯小球模板、氧化铝模板、二氧化硅模板和光刻胶模板等)可以制备出有序的硅纳米线阵列。本课题组用离子束刻蚀的方法制备了直径范围可以控制在30～90 nm的聚苯乙烯小球模板,为小尺寸有序硅纳米线的制备打下了坚实的基础。本文简要介绍了常规MACE的原理和制备流程,总结了硅晶片的类型、刻蚀溶液的浓度、温度和刻蚀时间等因素对Si NWs形貌、尺度、表面粗糙度、刻蚀方向以及刻蚀速率的影响,用相关的机制解释了H2O2过量时刻蚀路径偏离垂直方向的机理以及刻蚀速率随溶液浓度变化的原因,重点综述了氧化层预处理、物理法沉积贵金属纳米薄膜、退火处理和模板法等改进方法在减少纳米线顶部团簇、改善均匀性、制备有序且直径和间距可控纳米线中的研究进展。     

交替刻蚀制备有序锯齿形硅纳米线阵列及其光学性能研究

采用金属催化化学刻蚀法(MCCE),以金属Ag为催化剂,在HF与H_2O_2体系中通过交替刻蚀在P(111)硅衬底上制备出锯齿形硅纳米线阵列。利用扫描电子显微镜对硅纳米线的形貌进行了表征,研究了HF浓度与H_2O_2浓度对纳米线刻蚀方向的调控作用。选取不同的HF与H_2O_2浓度配比,分别对硅基底各向同性刻蚀与各向异性刻蚀进行调控,使得刻蚀方向对溶液浓度的变化能够快速响应。在溶液Ⅰ([HF]=2.3mol/L,[H_2O_2]=0.4mol/L)与溶液Ⅱ([HF]=9.2mol/L,[H_2O_2]=0.04mol/L)中交替刻蚀,制备出刻蚀方向高度可控的大规模锯齿形硅纳米线。利用紫外-可见分光光度计对锯齿形硅纳米线的减反射性能进行研究,结果表明,其表现出优异的减反特性,最低反射率为5.9%。纳米线形貌的高度可控性使其在微电子器件领域也具有巨大的应用前景。     

化学刻蚀法制备多孔硅的表面形貌研究

本工作首先采用化学刻蚀法制备出各种特征的多孔硅，然后通过扫描电镜技术，对多孔硅的表面形貌进行了表征，并分析了多孔硅表面微结构的形成过程。     

化学刻蚀法制备多孔硅的表面形貌研究

本工作首先采用化学刻蚀法制备出各种特征的多孔硅,然后通过扫描电镜（ＳＥＭ）技术,对多孔硅的表面形貌进行了表征,并分析了多孔硅表面微结构的形成过程     

化学刻蚀制备黑硅材料的研究现状及展望

基于黑硅材料的发展,讨论了国内外化学刻蚀制备黑硅的研究进展,包括掩膜辅助、金属离子辅助化学刻蚀。结果表明,黑硅材料的表面特殊结构能够有效降低硅表面的反射率,从而提高太阳能电池转换效率。此外,化学刻蚀法制备黑硅简便易行、成本低廉,高效可靠,具有良好的发展前景。     

基于金属催化化学腐蚀的硅纳米线可控制备

硅纳米线由于其独特的光电特性,被认为是最具前景的光电材料之一。本文关注于使用金属催化化学腐蚀法制备硅纳米线当中各种可控参数的影响,成功地完成了硅纳米线制备。研究发现,高电镀液浓度与长电镀时间都会形成小密度的硅纳米线阵列;而腐蚀液浓度控制着腐蚀速率与硅纳米线的形貌。腐蚀时间对硅纳米线长度和密度都具有一定的影响;而使用氮气干燥能够改善硅纳米线的聚集情况。     

MEMS中硅湿法深槽刻蚀工艺的研究

针对硅基MEMS湿法深槽刻蚀技术的难点,在硅材料各向异性腐蚀特性的基础上探索了湿法工艺。对腐蚀液含量、温度、添加剂含量对刻蚀速率及表面粗糙度的影响,掩膜技术等进行了实验研究,优化得到了最佳刻蚀条件。应用该技术成功地刻蚀出深度高达330μm的深槽,为MEMS元器件的加工提供了一种参考方法。     

电催化金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线/多孔硅复合结构

量子限制效应使硅纳米线具有良好的场致发射特性,结合多孔硅的准弹道电子漂移模型可提高场发射器件的性能.传统的金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线的效率较低,本研究在传统方法的基础上引入恒流源,提出电催化金属辅助化学刻蚀法,高效制备了硅纳米线/多孔硅复合结构.在外加30 mA恒定电流的条件下,硅纳米线的平均制备速率可达308 n...     

交替刻蚀制备有序锯齿形硅纳米线阵列及其光学性能研究

采用金属催化化学刻蚀法(MCCE),以金属Ag为催化剂,在HF与H2O2体系中通过交替刻蚀在P(111)硅衬底上制备出锯齿形硅纳米线阵列.利用扫描电子显微镜对硅纳米线的形貌进行了表征,研究了HF浓度与H2O2浓度对纳米线刹蚀方向的调控作用.选取不同的HF与H2O2浓度配比,分别对硅基底各向同性刻蚀与各向异性刻蚀进行调控,使得刻蚀方向对溶液浓度的变化能够快速响应.在溶液Ⅰ([HF]=2.3 mol/L,[H2O2]=0.4 mol/L)与溶液Ⅱ([HF]=9.2 mol/L,[H2O2]=0.04 mol/L)中交替刻蚀,制备出刻蚀方向高度可控的大规模锯齿形硅纳米线.利用紫外-可见分光光度计对锯齿形硅纳米线的减反射性能进行研究,结果表明,其表现出优异的减反特性,最低反射率为5.9％.纳米线形貌的高度可控性使其在微电子器件领域也具有巨大的应用前景.     

多孔硅对单晶硅少子寿命影响状况的研究

以p型单晶硅片为研究对象,在单晶硅片表面采用化学腐蚀方法制备多孔硅层,通过实验选取制备多孔硅的最佳工艺条件,采用SEM观察多孔硅表面形貌,以及用微波光电导法测试少子寿命的变化情况。结果表明,在相同的腐蚀溶液配比条件下腐蚀11min得到的多孔硅层的表面形貌最好,孔隙率最大。在850℃下热处理150min时样品少子寿命的提高达到最大,不同腐蚀时间的样品少子寿命提高程度不同,腐蚀11min的样品少子寿命提高最大,约有10%左右。多孔层的形成伴随着弹性机械应力的出现,引起多孔层-硅基底界面处产生弹性变形,这有利于缺陷和金属杂质在界面处富集。另外,多孔硅仍具有晶体结构,但其表面方向上的晶格参数要比初始硅的晶格参数大,也有利于金属杂质向多孔层迁移。     

电化学腐蚀多孔硅表面形貌的结构特性

多孔硅作为微电子机械系统中重要的热绝缘层和牺牲层材料,其表面形貌结构特性是影响多孔硅上薄膜器件性能的重要因素,为此,利用双槽电化学腐蚀方法制备了多孔硅薄膜,并通过原子力显微镜和场发射扫描电子显微镜对制备多孔硅的表面形貌和孔径大小分布进行了观察．结果发现：腐蚀初期,在硅表面会有大量的硅柱形成,硅柱的直径、高度、分布密度与电流密度成正比关系;硅柱在进一步腐蚀过程中会消失,多孔硅的表面粗糙度随着腐蚀的进行,先减小再增大,最后达到稳定值0．52nm;多孔硅孔径大小分布区间随腐蚀时间增加变窄．     

一种新颖的硅量子点-金复合纳米粒子的制备和表征

利用电化学刻蚀法制备的硅量子点的还原特性,通过调整硅量子点与氯金酸的量的比例,可控合成了包含有不同尺寸金纳米颗粒的复合纳米粒子,并通过实验证明了硅量子点与金纳米颗粒的结合。在电化学刻蚀制备硅量子点的同时,通过微波辅助法可以迅速地在硅量子点表面有效地修饰上一部分羧基、羟基或者烷基链,从而间接预先对这种复合纳米粒子进行修饰。这种新型的纳米复合材料具有硅量子点的荧光性质的同时,还具有各种尺寸纳米金的光学性质,具有广阔的应用前景和研究价值。     

电子束注入对多孔硅吸杂效果的影响

研究了电子束注入对多孔硅吸杂效果的影响。采用电化学腐蚀方法利用双电解槽在单晶硅片上制备多孔硅。电子束注入以后多孔硅的微观形貌发生了变化,通过3min的电子束注入处理,硅片的电阻率发生了明显的改变,大于相同条件下经过快速热处理的硅片的电阻率,这充分证明了电子束注入有热效应与电场效应的双重作用,对去除杂质B有一定的效果。电子束注入时间对去除杂质的效果有一定的影响。     

硅粉在冷等离子体中的刻蚀纯化

介绍了一种用直流辉光放电产生的冷等离子体对硅粉刻蚀纯化的方法。实验是在氩气氛中进行，结果表明硅粉纯度可由97．66％提高到98．47％。处理后的硅粉还可进行熔化-固化-粉碎再处理，因此是一种技术上可行的太阳级硅制备新方法。文中还应用反应室鞘层厚度、硅粉沉降平均速度、考虑高能粒子刻蚀作用的刻蚀速率方程等进行理论分析，结果显示，在一定的工艺参数下，刻蚀提纯是有效的。这也为粉体表面刻蚀研究提供了新的思路。