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     

直流电化学腐蚀法制备多孔硅的表面形貌研究

采用正交实验，直流电化学腐蚀法制备多孔硅。用原子力显微镜对表面进行观察，研究电化学腐蚀参数对其表面形貌的影响。氢氟酸浓度（CHF）升高，使临界电流密度（JPS）增大，有利于多孔硅的形成。电流密度（J）增大，多孔硅的孔隙率和孔径随之变大，而其纳米粒径将变小。腐蚀时间（t）越长，孔径越大，孔越深。     

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30mA恒定电流的条件下,硅纳米线的平均制备速率可达308nm/min,较传统方法提升了173%。研究了AgNO₃浓度、刻蚀时间和刻蚀电流对复合结构形貌的影响规律;测试了采用电催化金属辅助化学刻蚀法制备样品的场发射特性。结果显示样品的阈值场强为10.83 V/μm,当场强为14.16 V/μm时,电流密度为64μA/cm²。     

腐蚀液配方对刻蚀高阻硅多孔阵列结构形貌影响的研究

采用电化学刻蚀方法,在n型高阻单晶硅片上进行有序多孔阵列的制备。就腐蚀液配方的改变对制备的多孔阵列结构的形貌进行观察研究。研究表明,在其它相同的实验条件下,改变组元乙醇的比例,制备的多孔阵列结构形貌会有显著的差别。随着腐蚀液中组元乙醇含量的减小,制备的多孔阵列结构中的孔的表面及断面形貌逐渐显得光滑、平整。当改变腐蚀液配方中的HF浓度时,制备的多孔阵列结构中的孔的大小及深度也随之改变,对此的机制进行了探讨。     

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。     

用化学腐蚀制备多孔硅太阳电池减反射膜的研究

采用HF HNO3溶液化学腐蚀 ,在硅片上制备减反射效果优良的多孔硅太阳电池减反射膜 ,借助原子力显微镜 (AFM)和X光电子谱 (XPS)对其表面形貌和成分进行观察 ,发现该膜与电化学阳极腐蚀得到的多孔硅具有相似性 ,其主要成分为非化学配比的硅的氧化物SiOx(X <2 )。采用带积分球的光度分光计 ,测得形成多孔硅减反射膜后 ,硅片表面反射率大大下降 ,,在波长 330～ 80 0nm范围反射率只有 1 5～ 2 9%。研究指出这种强减反射作用 ,与多孔硅具有合适的折射率及其多孔特性的光陷阱作用有关     

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。     

纳米多孔硅的电化学制备及性能研究

纳米多孔硅是一种潜在的化学和生物传感材料,本文采用电化学腐蚀法制备纳米多孔硅。采用SEM技术分析多孔硅的表面形貌,研究了腐蚀条件对多孔硅的孔隙率、厚度、I-V特性的影响。结果表明,多孔硅的孔隙率随着腐蚀电流密度和腐蚀时间的增加而呈线性增大趋势;其厚度随着腐蚀电流密度的增加而近似呈线性增大趋势,随腐蚀时间的成倍增加而显著增大;其I-V特性表现出非整流的欧姆接触。     

多孔硅的电化学制备与研究

以电化学方法制备了多孔硅材料并通过表面轮廓测试仪、原子力显微镜、显微拉曼光谱仪等设备对制备多孔硅的孔隙率、厚度、表面形貌、以及热导率进行了表征.结果发现,本实验制备的多孔硅属于介孔硅(15～20nm),其孔隙率随腐蚀时间和腐蚀电流的变化有先增大后减小的趋势.增加多孔硅的厚度和孔隙率,可以使得多孔硅的热导率显著降低(最低可低至0.62W/m·K).     

Blue luminescence from porous layers produced by metal-assisted chemical etching on low-doped silicon

Photoluminescent porous layers were formed on highly resistive p-type silicon by a metal-assisted chemical etching method using K₂Cr₂O₇ as an oxidizing agent. A thin layer of Ag is deposited on the (1 0 0) Si surface prior to immersion in a solution of HF and K₂Cr₂O₇. The morphology of the porous silicon (PS) layer formed by this method as a function of etching time was investigated by scanning electron microscopy (SEM). It shows that the surface is formed by macropores filled with microporous silicon. The porous layers were characterized by backscattering spectrometry (BS) as a function of etching time in random and channelling mode. Channelling spectra show that the porous layer remains crystalline after etching. On the other hand, random and channelling spectra show that the deposited silver diffuses into the pore. Luminescence from metal-assisted chemically etched layers was measured. It was found that the PL intensity increases with increasing etching time. This behaviour is attributed to increase of the density of the silicon nanostructure. Finally, the PL spectra show two peaks of emission at 450 and 600 nm.     

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。     

用脉冲电化学法在低HF浓度下制备多孔硅的研究

用脉冲电化学阳极氧化的方法在5％的低HF浓度下获得多孔硅。多孔硅的形成和脉冲电场的施加、去除过程中与电解液－硅半导体体系中物理化学过程的变化有关。在施加电场的间隙，由于Si／电解液界面处HF的补充，SiO2的溶解增强，使得在低HF浓度下Si的溶解速率比其氧化速率高，从而导致多孔硅的形成。同时，在高电场作用下，由于产生了高浓度的空穴，使得氧化层变厚，导致在低HF浓度或大电流密度下多孔硅的平均孔径增大。     

Investigation of opto-electronic properties on gradient-porosity porous silicon layer

Electrochemical etching with step-gradient current was applied to form gradient-porosity porous silicon (PS) layer on n-Si substrate and Al/gradient-porosity. PS/n-Si structure was fabricated to extract its opto-electronic properties using reflectivity, spectral response, and scanning electron microscopy. A conventional single-layer PS etched with constant-current was also compared. Compared to the single-layer PS, the absorption wavelength of gradient-porosity PS is blue-shifted due to a smaller quantum size, hence a wider band-gap. Such a wider band-gap leads to a larger barrier-height in Al/gradient-porosity PS than that in Al/single-layer PS one. More dangling bonds are found on the surface of gradient-porosity PS owing to inhomogeneous etching, thus a poor electronic property, though it has a lower broadband antireflection than single-layer PS.     

Enhanced photo luminescence from porous silicon on texturized surface

Porous silicon (PS) was formed on both polished and texturized single crystal silicon (100) by anodic etching. Photoluminescences (PL) from both of these silicon surfaces were measured and compared. A two-fold enhancement of PL from textured silicon surface was obtained. This enhancement could be ascribed to the geometry of the textured surface.     

Patterning of porous silicon nanostructures and eliminating microcracks on silicon nitride mask using metal assisted chemical etching

A method for selective formation of reproducible, high fidelity and controllable nano and micrometer size porous Si areas over n-type Si wafers is provided. A 400 nm thick Silicon Nitride layer was used as the mask layer while Platinum and Palladium nanoparticles were deposited over the unprotected areas to obtain porous areas through metal assisted chemical etching process. Nanoparticles were deposited by electroless plating solutions containing H₂PtCl₆ and PdCl₂. Good controls over pore size and depth were obtained with well defined and sharp edges of the patterned areas. The results were compared to porous structures obtained via electrochemical etching process, indicating the superiority of metal assisted etching in terms of its simplicity as well as the ability of Silicon Nitride layer acting as the mask layer.     

表面金属化对多孔硅光特性的影响(英文)

在室温下使用过滤阴极真空电弧系统在多孔硅表面沉积大约10纳米左右厚度的铜、铝和钛薄膜,并且在真空下800度退火10分钟.多孔硅层是通过电化学腐蚀硅制得.X射线光电子谱、荧光谱,光吸收谱和X射线衍射谱的研究表明退火后,沉积铜和钛的样品出现明显的光吸收红移和硅2p电子能级移动.这是由于在多孔硅表面形成铜和钛的硅化物而引起的晶体场和电子传输变化所造成的.     

等离子体刻蚀提纯冶金硅研究

通过自行设计的冷等离子体粉粒纯化系统,将硅粉撒进辉光放电区,以Ar气为反应气体,利用鞘层区域辉光放电的冷等离子体对硅粉料的作用,进行一系列的处理后,硅粉表面形貌平整度明显提高,纯度从98.75 9,6提高到99.56%.在此基础上,设计射频感应放电等离子体的振动倾斜反应室,经实验,将硅粉纯度提高到99.96 9,6,接近太阳级硅的要求,也为该研究未来的发展提供了新的思路和理论参考.