脉冲腐蚀法制备多孔硅及其光学特性研究

Labview软件控制腐蚀条件,用脉冲电化学腐蚀法制备多孔硅薄膜,其表面形貌用原子力显微镜观察并分析。用可见-紫外分光光度仪测量其反射谱,通过计算得出各种制备条件下,多孔硅薄膜的其它光学参数,即有效折射率neff,吸收系数α,有效介电常数的实部εer,和虚部εei,消光系数K,研究了入射光波长和孔隙率对这些光学常数的影响。     

用脉冲腐蚀制备发光多孔硅

采用脉冲腐蚀方法，研究多孔硅的动态腐蚀过程，测定了动态电流和时间的关系，提出并讨论了动态腐蚀机理．用脉冲腐蚀制备得到发光多孔硅，与直流腐蚀相比较，脉冲腐蚀能得到均匀性更好、发光更强的多孔硅，而且ＰＬ峰位有一定的蓝移，我们认为脉冲腐蚀是一种更优秀的制备方法，并对此作了初步的讨论．     

双槽电化学腐蚀法制备多孔硅的研究

论述了多孔硅的特点和制备方法,简单介绍双槽电化学腐蚀法的特点,并采用双槽电化学腐蚀法成功制备了多孔硅。多孔硅的扫描电镜(SEM)照片表明,孔径尺寸小,均匀性好,腐蚀结构规则。实验结果表明,衬底导电类型影响着多孔硅的制备条件。     

通过脉冲腐蚀形成的多孔硅薄膜的径向微结构和光学特性研究

使用反射光谱、光致发光光谱和SEM研究了通过脉冲腐蚀形成的多孔硅薄膜的径向折射率、光学和物理厚度。详细分析了沿径向方向多孔硅薄膜的径向折射率(n)和光学厚度(nd)与腐蚀中心之间的关系。实验结果表明：随着远离腐蚀中心,SEM图像表明：多孔硅样品的物理厚度缓慢变小,在腐蚀边缘,在径向58μm距离里,薄膜的物理厚度从2.48μm减少到1.72μm;此外,径向折射率n增加,即多孔度变小,同时,反射光谱强度显示出干涉振荡减弱,这意味着多孔硅薄膜的均匀性和界面的平整度变坏。光致发光谱的包络线显示蓝移的趋势,显示纳米微粒的尺寸减少。多孔硅微腔被制备用来研究多孔硅膜的径向光学特性,结果证实：在腐蚀中心,多孔硅膜的均匀性比边缘好。     

双槽电化学腐蚀法制备多孔硅的孔隙率研究

采用双槽电化学腐蚀法制备多孔硅,主要研究了腐蚀条件及硅基体掺杂浓度对多孔硅孔隙率的影响,并且结合原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)技术对所制备的多孔硅的表面形貌和断面形貌进行了分析表征。研究发现,通过合理的选择工艺参数,可以制备具有特定孔隙率的多孔硅薄膜,可广泛的应用于微电子机械系统(MEMS)技术中。     

染色腐蚀多孔硅的光致可见光发光特性

用氯氟酸硝酸水溶液对硅单晶抛光片进行染色腐蚀，制备了多孔硅．本文研究染色腐蚀多孔硅的光致可见光发光特性，特别是激发光强度和波长与发射光强度与波长的关系，多孔硅的稳定性和响应特性．     

多孔硅薄膜的纵向均匀性及其光学特性研究

多孔硅样品使用脉冲电化学腐蚀法经过不同的腐蚀时间制备完成,使用反射光谱、光致发光光谱和SEM对多孔硅薄膜的纵向均匀性以及其光学特性进行了研究,还详细研究了随腐蚀深度变化的折射率和光学厚度(n*d)等光学参数。实验表明：随着腐蚀深度的增加,多孔硅薄膜的平均折射率n降低,即多孔度变大;多孔硅薄膜的光学厚度的形成速度减小;同时,反射光谱表现更弱的干涉性,表明薄膜的均匀性和界面的平整性变差;另外,光致发光谱的强度微弱变强。     

铁钝化多孔硅的水热制备法及其光致发光特性

利用水热技术原位制备出铁钝化多孔硅样品,并对其发光特性进行了测试。样品具有较强的光致发光强度,而且在室温空气存放过程中其发光强度不发生衰减,发光峰位不发生蓝移。上述发光特性归因于样品表面形成的良好铁钝化。     

多层多孔硅的SPM研究

多层我孔硅是采用交替变化脉冲腐蚀电流密度的方法制成的多孔度周期性变化的多孔硅结构,我们用ＡＦＭ对多层多孔硅结构的侧向解理的截面进行观测,得到了不同多孔度层及其界面处的图像。发现不同周期中相同条件下腐蚀得到的多孔硅层,其层厚随周期的不同而不同,从而限制了多孔硅发光峰半宽的缩小,对多层我孔硅的电化学同理作了初步的探讨。     

多孔硅秃腔微结构的AFM和SEM研究

多孔硅微腔是采用交替变化脉冲腐蚀电流密度的方法制成的多孔度周期性变化的多孔硅结构。用原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）对多孔硅微腔的侧向解理的截面进行了观测，得到了不同多孔层及其界面处的图像。微腔截面的扫描电镜图像清楚地显示出第Ⅱ型多孔硅微腔的“三明治”结构，即中心发光层被夹在两个Bragg反射镜之间，这些结果表明结合分子束外延技术和电化学腐蚀方法可以很容易得到多孔硅微腔。     

多孔硅的化学浸蚀制备与表征

以不同电阻率的p型单晶硅片为研究对象,通过正交实验对化学浸蚀法制备多孔硅的工艺条件进行优化,采用多种仪器对制备的多孔硅比表面积、膜厚、表面形貌、化学组成及光致发光进行表征.结果表明,p型单晶硅片经化学浸蚀后能够形成多孔硅,其膜厚达到3 μm;延长浸蚀时间,多孔硅比表面积和膜厚呈先增大后减小的趋势,但化学浸蚀时间太长将导致局部区域的多孔硅层坍塌;室温条件下,多孔硅可光致发光,由于孔洞尺寸分布范围较窄,多孔硅发光半峰宽较窄.     

电化学脉冲腐蚀法制备窄峰发射的多孔硅微腔

用电化学脉冲腐蚀方法制备了多孔硅微腔 ,讨论了脉冲电化学腐蚀的参数——周期、占空比对多孔硅多层膜制备的影响 ,并用了以 HF酸扩散为基础的多孔硅动态腐蚀机理对实验结果进行解释 ,认为在用电化学脉冲腐蚀法制备多孔硅微腔的过程中 ,不但要考虑到 HF酸对硅的纵向电流腐蚀 ,也要考虑到 HF酸对多孔硅硅柱的横向浸泡腐蚀 .可通过选取合适的周期、占空比 ,使二者对多孔硅的作用达到适中 ,以制备出高质量的多孔硅多层膜和微腔 .并用正交实验法优化了制备多孔硅微腔的参数 ,根据优化的实验参数 ,制备出了发光峰半峰宽为 6 nm的多孔硅微腔     

黑硅无掩模反应离子刻蚀法制备及光学性能研究

采用无掩模反应离子刻蚀法制备了黑硅.利用扫描电子显微镜及紫外-可见-近红外分光光度计研究了黑硅的微结构和光学特性.结果表明,黑硅微结构高度为2.0～3.5 μm,径向尺寸90～400 nm,间距200～610 nm.在400～1 000 nm光谱范围内黑硅吸收率为94％,是单晶硅的1.5倍;在1 200～1 700 nm光谱范围吸收率为55％～60％,是B掺杂单晶硅的20倍.制备的黑硅的光学带隙为0.600 6 eV,吸收光谱明显向红外方向偏移.     

利用湿法刻蚀的方式制备黑硅

采用一种简便的方法制备出具有很好光吸收性能的黑硅材料,利用化学气象沉积和光刻的方式在硅片（100）表面形成圆形Si3N4掩膜,然后采用两种湿法刻蚀相结合方式来制备黑硅材料。首先采用碱刻蚀的方式对硅片进行各向异性刻蚀,刻蚀完成后在硅片表面形成尖锥形貌;后期利用金纳米颗粒作为催化剂,采用酸刻蚀的方式对硅片表面进行改性,在硅片表面形成多孔结构。这种黑硅材料在250～1000nm波段的光吸收率可以达到95％以上。     

一维纳米硅光子晶体的制备与优化

采用双槽电化学腐蚀法制备了纳米多孔硅,主要研究了腐蚀时间和腐蚀电流对重掺杂p型(100)硅衬底上制备的多孔硅层有效光学厚度的影响,采用U-4100光谱仪、场发射扫描电子显微镜(FESEM)技术对所制备的多孔硅光子晶体的结构和有效光学厚度进行了分析表征。研究结果表明,通过合理地选择腐蚀时间和腐蚀电流,可以比较精确地制备特定有效光学厚度的多孔硅薄膜,此方法可广泛应用于纳米多孔硅光子晶体的制备中。     

多孔硅在多晶Si太阳电池中的应用研究

采用化学腐蚀法分别在单晶Si和多晶Si上制备了多孔Si。对室温下HF、HNO3的不同配比进行了实验比较,用显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察了多孔Si的表面形貌,用紫外激发观察了它的荧光光谱并用反射光谱测试结果研究了多孔Si的光学特性。采用一步多孔Si法制备了1cm×1cm的单晶和多晶Si电池,比较了制备多孔Si前后电池的各项性能参数。实验表明:多孔Si对于提高单晶Si和多晶Si电池的电学特性都有重要作用。     

Direct Imprinting of Porous Silicon via Metal‐Assisted Chemical Etching

Conventional lithographical techniques used for bulk semiconductors produce dramatically poor results when used for micro and mesoporous materials such as porous silicon (PS). In this work, for the first time, a high‐throughput, single‐step, direct imprinting process for PS not involving plastic deformation or high‐temperature processing is reported. Based on the underlying mechanism of metal‐assisted chemical etching (MACE), this process uses a pre‐patterned polymer stamp coated with a noble metal catalyst to etch PS immersed in an HF‐oxidizer mixture. The process not only overcomes the difficulties in patterning PS but it does so with a stamp that may be reused multiple times depending on its chemical and mechanical degradation. The process is shown to be capable of centimeter‐scale parallel 3D patterning with sub‐20 nm resolution. It is found that PS facilitates mass transport of reactants and products, and the overall etch rate is limited by local depletion of reactants. The versatility of this direct imprinting technique is demonstrated by its ability to produce curvilinear and planar 3D features (e.g., paraboloids, parabolic cylinders, sinusoidal waves, and straight sidewall channels). Miniaturized optical elements such as diffraction gratings and microconcentrators are built and characterized highlighting potential use of PS in silicon photonics.