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).     

应用于微电子机械系统中多孔硅的研究

针对多孔硅在MEMS中作为牺牲层和绝热层的应用,主要研究了电化学腐蚀法制备多孔硅的实验条件与多孔硅深度及其孔隙率间的关系,实验发现电化学腐蚀法制备多孔硅的腐蚀速率在腐蚀前期阶段基本是一定值(电流密度为80mA/cm2时为1.3μm/min,电流密度为40 mA/cm2时为0.4μm/min),但到腐蚀后期阶段随着孔深的增加有所下降.同时发现对于不同的腐蚀电流密度,多孔硅的孔隙率都有随腐蚀时间的延长先增加后降低的趋势,用Beale模型可以很好的解释这一现象.最后,针对多孔硅在制备后易发生龟裂的现象,用拉曼光谱分析了多孔硅的内部应力情况,结果表明随多孔硅孔隙率的上升其内部残余应力有增加的趋势.     

多孔硅的微结构及其冷阴极的电子发射特性研究

采用电化学腐蚀法在n型单晶Si基底上制备多孔硅(PS)膜,利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析其微结构特征,研究了硅基底材料、腐蚀电流密度和腐蚀时间等制备条件和工艺参数对PS微结构的影响。实验结果表明,轻掺杂n型Si基底上形成的PS膜(n--PS)中的孔较深且孔径较大,而重掺杂n型Si基底上的PS膜(n+-PS)中的孔分布较为密集,而且呈多分枝结构;腐蚀电流密度相同时,PS的膜厚和腐蚀时间成正比,而在较高的腐蚀电流密度下制备得到的PS膜在结构上更为疏松。制作了基于n+型硅基底的PS阴极,此阴极的阈值电压约为14 V,高于该电压后发射电流随着二极管电压提高而呈指数性增加趋势,而且发射电流对环境气压不敏感,即使在0.1 Pa的低真空中也没有明显的衰减。     

影响多孔硅孔隙率的因素

研究了在制备多孔硅过程中影响其孔隙率的各种因素 ,给出了氢氟酸浓度、腐蚀时间、阳极腐蚀电流、温度及光照度与多孔硅孔隙率的关系 ,同时研究了多孔硅的晶格常数随其孔隙率变化的规律 ,并对以上各项结果作出了初步解释。     

基于有效介质理论的多孔硅有效介电函数模型

采用改进过的Maxwell-Garnett模型研究了入射光波长和多孔硅的孔隙率对反射光谱和介电光谱的影响,结果表明(1)随着入射光波长的增大,多孔硅的反射率先增大后减小,而随着孔隙率的增大反射光谱出现了明显的下榻趋势,且孔隙率越大下榻得越明显;(2)随着孔隙率的增加,多孔硅复介电光谱出现明显的蓝移现象,且多孔硅有效介电常数的实部和虚部均变小.并对这种现象给出了较为合理的解释.     

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。     

基于选区激光烧结工艺的多孔尼龙制备及性能EI北大核心CSCD

提出一种基于选区激光烧结的多孔材料成型方法,利用增材制造技术控形、控性的优势,实现多孔材料结构与功能的可控设计。采用尼龙与水溶性致孔剂Na Cl为原材料,通过改变致孔剂含量和工艺参数,实现多孔材料的孔隙率、渗透性及力学性能的可控调节。实验结果表明,多孔材料的孔隙率、渗透性随着致孔剂含量的增大而增大;在相同的致孔剂含量下,其孔隙率和渗透性随着激光能量密度的增加呈下降趋势,分层厚度增加,孔隙率和渗透性明显增加;制备的多孔材料最高孔隙率达到59%,渗透率达0.312 m L/(mm2·s),弯曲强度可达44 MPa。以陶瓷高压注浆成型多孔树脂模具为例,开展多孔材料的功能验证,获得厚度为10 mm、含水率为20%的陶瓷坯体,为该模具的快速制造提供了一种新手段。     

基于选区激光烧结工艺的多孔尼龙制备及性能

提出一种基于选区激光烧结的多孔材料成型方法,利用增材制造技术控形、控性的优势,实现多孔材料结构与功能的可控设计。采用尼龙与水溶性致孔剂Na Cl为原材料,通过改变致孔剂含量和工艺参数,实现多孔材料的孔隙率、渗透性及力学性能的可控调节。实验结果表明,多孔材料的孔隙率、渗透性随着致孔剂含量的增大而增大;在相同的致孔剂含量下,其孔隙率和渗透性随着激光能量密度的增加呈下降趋势,分层厚度增加,孔隙率和渗透性明显增加;制备的多孔材料最高孔隙率达到59%,渗透率达0.312 m L/(mm2·s),弯曲强度可达44 MPa。以陶瓷高压注浆成型多孔树脂模具为例,开展多孔材料的功能验证,获得厚度为10 mm、含水率为20%的陶瓷坯体,为该模具的快速制造提供了一种新手段。     

多孔硅表面氧化钒热敏电阻薄膜的阻温特性

用电化学腐蚀法制备了具有不同导热系数的多孔硅样品(孔隙率为80％±2、厚度为110μm时,导热系数可降低至0．20 W／m·K),并在其表面沉积了氧化钒热敏薄膜,研究了多孔硅样品的热绝缘性能对氧化钒热敏薄膜阻温特性的影响．结果表明:多孔硅良好的热绝缘性使在其表面制备的氧化钒热敏薄膜电阻的灵敏度远高于在硅基底上制备的热敏电阻的(多孔硅和硅片上的氧化钒薄膜电阻随功率变化斜率分别为120 kΩ／μW和2．1 kΩ／μW),且热敏电阻的灵敏度随着多孔硅孔隙率和厚度的增大而升高．     

MEMS中多孔硅绝热技术

主要介绍了多孔硅的制备方法(化学法、电化学法及原电池法等)、多孔硅导热系数测试的几种常用手段(温度传感器法、显微拉曼散射法及光声法等)、导热系数的理论模型及影响因素．此外,采用不同方法制备了多孔硅样品,分析了其表面形貌并用显微拉曼光谱法测定了导热系数．结果发现,化学法制备的多孔硅孔径尺寸大于微米量级,而利用大孔硅电化学和原电池法得到的样品孔径尺寸小(约20nm),属于介孔硅．由于腐蚀条件的不同,多孔硅的孔隙率和厚度也不同,多孔硅的导热系数随孔隙率和厚度的增大而迅速减小．     

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...     

Study of anodization parameters effects on photoconductivity of porous silicon

We have prepared porous silicon by etching p-type crystalline silicon in different conditions such as: varying electrolyte concentration, current density, and etching time. The primary objective of this research is to develop a scientifically based technique for the measurement of photosensitivity. One such technique involves measuring the photoconductivity of the porous silicon under halogen lamp irradiation. Our photoconductivity measurements agree with photoluminescence measurements in previous work, and demonstrate the direct transition of porous silicon. Varied etching conditions change the peak of photoconductivity from 600 to 520 nm (from 2.13 eV to 2.4 eV) as the porosity of the layer gradually increases, and the photoconductivity band also becomes slightly more intense. The photoconductivity peak shift toward shorter wavelength was interpreted to be the result of band gap widening. We observe two distinct regimes in the time decay of photoconductivity, fast decay and steady state, that arise from the recombination process and electron–hole asymmetry near the Fermi surface. Experimental measurements of photoconductivity give useful information about the band gap, band structure, and variation of transport properties due to the micro-structural porosity created during the etching process.     

阳极氧化电流密度和时间对多孔硅形貌和电子发射特性的影响

为了应用于场发射显示器,采用电化学阳极氧化,快速热氧化和磁控溅射等方法制备出了金属/多孔硅/硅基底/金属结构的多孔硅电子发射体,并运用扫描电子显微镜观察了多孔硅的微观形貌,结果发现多孔硅的孔径随着电化学阳极氧化电流密度的增加而增加,多孔硅层的厚度随着阳极氧化电流密度和时间乘积的增加而增加。在真空系统中测量了多孔硅的电子发射特性,电子发射的阈值电压Vth随着多孔硅层厚度的增加而增加;最大的发射效率η为7.5‰,此效率出现在孔径6~16 nm,多孔硅层厚度为11.06μm的样品中,对应的器件电压Vps为30V。     

多孔硅的制备及其吸杂处理对电学性能的影响

多孔硅吸杂是减少晶体硅中杂质和缺陷,提高太阳能电池转换效率的有效方法。采用电化学腐蚀方法在单晶硅片上制备多孔硅,通过观察多孔硅的形貌、结构及单晶硅片的电阻率变化,研究不同电流密度制备的多孔硅对吸杂效果的影响,并从多孔硅的结构出发探究多孔硅吸杂的机理。结果表明,随电流密度增加,孔隙率明显增加,多孔硅在电流密度为100mA/cm2时,孔隙率最大;电流密度越大,多孔硅伴随所产生的弹性机械应力增加,晶格常数相应增加,这两个因素都有利于缺陷和金属杂质在多孔硅层-基底界面处迁移和富集,导致单晶硅吸杂后电阻率增大。     

Step voltage with periodic hold-up etching: A novel porous silicon formation

A novel etching method for preparing light-emitting porous silicon (PS) is developed. A gradient steps (staircase) voltage is applied and hold-up for different periods of time between p-type silicon wafers and a graphite electrode in HF based solutions periodically. The single applied staircase voltage (0–30 V) is ramped in equal steps of 0.5 V for 6 s, and hold at 30 V for 30 s at a current of 6 mA. The current during hold-up time (0 V) was less than 10 μA. The room temperature photoluminescence (PL) behavior of the PS samples as a function of etching parameters has been investigated. The intensity of PL peak is initially increased and blue shifted on increasing etching time, but decreased after prolonged time. These are correlated with the study of changes in surface morphology using atomic force microscope (AFM), porosity and electrical conductance measurements. The time of holding-up the applied voltage during the formation process is found to highly affect the PS properties. On increasing the holding-up time, the intensity of PL peak is increased and blue shifted. The contribution of holding-up the applied steps during the formation process of PS is seen to be more or less similar to the post chemical etching process. It is demonstrated that this method can yield a porous silicon layer with stronger photoluminescence intensity and blue shifted than the porous silicon layer prepared by DC etching.     

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．     

Porous silicon as a versatile platform for laser desorption/ionization mass spectrometry

Desorption/ionization on porous silicon mass spectrometry (DIOS-MS) is a novel method for generating and analyzing gas-phase ions that employs direct laser vaporization. The structure and physicochemical properties of the porous silicon surfaces are crucial to DIOS-MS performance and are controlled by the selection of silicon and the electrochemical etching conditions. Porous silicon generation and DIOS signals were examined as a function of silicon crystal orientation, resistivity, etching solution, etching current density, etching time, and irradiation. Pre-and postetching conditions were also examined for their effect on DIOS signal as were chemical modifications to examine stability with respect to surface oxidation. Pore size and other physical characteristics were examined by scanning electron microscopy and Fourier transform infrared spectroscopy, and correlated with DIOS-MS signal. Porous silicon surfaces optimized for DIOS response were examined for their applicability to quantitative analysis, organic reaction monitoring, post-source decay mass spectrometry, and chromatography.     

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。