本发明涉及半导体
技术领域：
，具体涉及一种提高多孔硅径向物理微结构均匀性的新方法。
背景技术：
：1956年，Bell实验室的A.Uhlir在研究硅(Si)在氢氟酸(HF)溶液中的电化学抛光时意外地发现了多孔硅；1990年，L.T.Canham发现HF作为电解液通过电化学阳极氧化后的硅片表面会形成纳米尺寸的硅柱或硅丝，即多孔硅，同时，还观察到了这种多孔硅材料在室温下于近红外和可见光区有着强荧光发射现象，其发光效率比单晶硅发光效率高几万倍；特别是1996年，Hirschman首次实现硅基光电集成原型器件是多孔硅应用研究的一个里程碑。多孔硅在光电子学、光学器件、太阳能电池和传感器技术等方面广泛的应用，大量的已有研究工作集中在研究阳极腐蚀参数对多孔硅特性的影响，获得了一些有价值的经验规律，但是，这些研究工作基本上都局限于多孔硅表面的微结构及光学特性，对多孔硅内部微结构及其特性至今研究还比较少。多孔硅薄膜的内部微结构非常复杂，其纵向和径向物理结构不均匀，从已有的文献得出如下结论：在恒电流密度的腐蚀条件下，随着离腐蚀中心越远，SEM图像表明：多孔硅样品的物理厚度缓慢变小，在腐蚀边缘，有文献报道：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。光致发光光谱的包络线显示蓝移的趋势，显示纳米微粒的尺寸减少，导致多孔硅沿径向方向物理微结构和光学特性的不均匀性，也导致多孔硅多层膜界面的界面性能和平整性变差。现阶段，为了制备得到多孔硅径向物理微结构均匀性的多孔硅膜，还很少有文献提及相关方法。技术实现要素：为了克服现有技术在恒电流密度的腐蚀条件下，随着离腐蚀中心越远，SEM图像表明：多孔硅样品的物理厚度缓慢变小，径向折射率增加，即多孔度变小的缺陷，本发明的目的是提供一种提高多孔硅径向物理微结构均匀性的新方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案：一种提高多孔硅径向物理微结构均匀性的新方法，其特征在于，该方法是将聚四氟乙烯材质的腐蚀槽外绕线圈，并给线圈通交流电。当线圈通交流电时，线圈内部（腐蚀槽中）将产生变化的磁场，由于在变化的磁场周围存在着涡旋的感生电场，感生电场是以线圈内部中轴线为圆心的一系列同心圆、且感生电场的方向与径向方向垂直而其大小与半径r成正比。腐蚀液中的正负离子在感生电场的作用下，形成涡电流，使正负离子相向运动；且离中心轴向方向越远，正负离子相向热运动越快，腐蚀液温度沿径向方向逐渐增加，同时，感生电场产生的涡电流促进腐蚀液与反应生成物之间的扩散和交换，提高氢氟酸溶液在径向方向浓度的一致性。一方面，由于在感生电场的作用下，离硅片腐蚀中心越远，感生电场越大，导致正负离子热运动越快，导致沿径向方向上随离硅片腐蚀中心越远而腐蚀越深，同时，感生电场产生的涡电流促进腐蚀液与反应生成物之间的扩散和交换，提高氢氟酸溶液在径向方向浓度的一致性；另一方面，在正常的恒流腐蚀电流下，以硅片腐蚀中心为圆心，腐蚀液的反应物向外扩散呈现一定梯度，越靠近腐蚀中心反应物越多，相反，越靠近硅片腐蚀中心，氢氟酸浓度越小，造成向下腐蚀能力增强，引起以硅片腐蚀中心为圆心，离腐蚀中心越远，腐蚀深度越浅，造成多孔硅多孔度径向的不均匀性，在一定条件下，二者达到动态平衡，从而导致多孔硅薄膜沿径向方向其物理厚度保持一致。优选地，腐蚀槽放在线圈正中央，硅片的腐蚀中心在线圈内部中轴线上。优选地，腐蚀槽的外径为60毫米，线圈的直径为1毫米，相邻线圈间距为0.1毫米，线圈绕的总圈数为182。优选地，线圈中所加电流I为三角波，幅度为0.1-5A，频率为5-500KHz。与现有技术相比，本发明具备的有益效果：将聚四氟乙烯材质的腐蚀槽外绕着螺线管状线圈，螺线管线圈中的电流随时间做线性变化（=常数）时，其内部的磁感应强度B也随时间作线性变化，管内的感生电场为(r是离线圈内部中轴线的距离）。当线圈通交流电时，线圈内部（腐蚀槽中）将产生变化的磁场，由于在变化的磁场周围存在着涡旋的感生电场，感生电场是沿轴向以线圈内部中轴线为圆心的一系列同心圆、且其方向与径向方向垂直而其大小与半径r成正比。一方面，腐蚀液中的正负离子在感生电场的作用下，形成涡电流，使正负离子相向运动；离中心轴向方向越远，正负离子相向热运动越快，腐蚀液温度沿径向方向逐渐增加，导致沿径向方向纵向腐蚀能力逐渐越强，同时，感生电场产生的涡电流促进腐蚀液与反应生成物之间的扩散和交换，提高氢氟酸溶液在径向方向浓度的一致性；另一方面，在正常的恒流腐蚀电流下，以硅片腐蚀中心为圆心，腐蚀液的反应物向外扩散呈现一定梯度，越靠近腐蚀中心反应物越多，相反，越靠近硅片中心，氢氟酸浓度越小，造成向下腐蚀能力增强，引起以硅片腐蚀中心为圆心，离腐蚀中心越远，腐蚀深度越浅。通过调节螺线管线圈中电流的大小和频率，就可以改变管内的感生电场的大小，从而调节腐蚀液内部沿径向方向温度变化量，在一定条件下，二者达到动态平衡，从而导致多孔硅薄膜沿径向方向其物理厚度保持一致。附图说明图1为本发明所述腐蚀槽结构示意图图2为本发明所述腐蚀槽剖面示意图图3为线圈通电后产生的变化磁场和变化磁场产生的感生电场示意图图4为线圈各项参数示意图其中，1、腐蚀槽，2、硅片，3、薄铂片，4、线圈，5、腐蚀电源，6、交流电源。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。以下所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何本
技术领域：
的技术人员可能利用本发明公开的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明方案的内容，依据本发明的技术实质对以下实施例做简单修改或等同变化，均应落在本发明的保护范围内。实施例一本发明的这种提高多孔硅径向物理微结构均匀性的新方法，具体包括如下步骤（如图1-图4所示）：1、将聚四氟乙烯材质的腐蚀槽1外绕着线圈4，线圈4连接交流电源6，给线圈4通入交流电。螺线管状线圈4中的电流随时间做线性变化（=常数）时，其内部的磁感应强度(近似无限长螺线管)也随时间作线性变化，管内的感生电场(r是离线圈内部中轴线的距离）是沿轴向以线圈内部中轴线为圆心的一系列同心圆、且感生电场的方向与径向方向垂直而其大小与半径r成正比。螺线管线圈4的参数为：腐蚀槽1的外径D为60毫米，线圈4的直径W为1毫米，间距s为0.1毫米，圈数n为182，螺旋管状线圈4的长度H为200.2毫米，所得的电感量L为0.517mH，螺线管状线圈4中所加电流I为三角波，幅度为1A，频率为15KHz。2、连接好电路：即在腐蚀槽1内放有腐蚀液，在腐蚀槽1内的一端设有硅片2，在腐蚀槽1内的另一端设有铂片3，硅片2和铂片3浸泡在腐蚀液中，在腐蚀槽1外设有腐蚀电源（恒流源）5；腐蚀电源（恒流源）5是通过TekVisaAFG3101任意波形发生器产生的，该腐蚀电源（恒流源）的正极通过导线与硅片2连接，腐蚀电源（恒流源）5的负极通过导线与铂片3连接，工作时，电流源的正负极通过腐蚀液形成电流回路。3、选用类型为P100、电阻率为0.01Ω.cm的硅片2作为电化学腐蚀的阳极，圆形薄铂片3作为电化学腐蚀的阴极；硅片2和圆形薄铂片3全部浸没在电解腐蚀液中进行电腐蚀，腐蚀时间为5min，电解腐蚀液是按氢氟酸：无水乙醇和去离子水以体积比为1:1:2配制的。4、为了研究问题的方便，我们选择了两组实验，其实验参数和对应的数据如下：编号腐蚀电流（mA/cm2）腐蚀时间(Min)多孔度多孔硅厚度(μm)⑴5551%~1.70⑵10553%~3.105、根据相关文献并结合上述的实验条件，得到所形成的两片多孔硅膜的多孔度分别约为51%、53%，厚度大约分别为1.70μm、3.10μm；6、制备完毕后，使用去离子水冲洗，最后在空气中干燥；7、多孔硅样品通过反射谱、光致发光谱和SEM进行分析研究；8、检验合格后即为成品。实施例二本发明的这种提高多孔硅径向物理微结构均匀性的新方法，具体包括如下步骤（如图1-图4所示）：1、将聚四氟乙烯材质的腐蚀槽1外绕着线圈4，线圈4连接交流电源6，给线圈4通入交流电。螺线管状线圈4中的电流随时间做线性变化（=常数）时，其内部的磁感应强度(近似无限长螺线管)也随时间作线性变化，管内的感生电场(r是离线圈内部中轴线的距离）是沿轴向以线圈内部中轴线为圆心的一系列同心圆、且其方向与径向方向垂直而其大小与半径r成正比。螺线管状线圈4的参数为：腐蚀槽1的外径D为60毫米，线圈4的直径W为1毫米，间距s为0.1毫米，圈数n为182，螺旋管状线圈4的长度H为200.2毫米，所得的电感量L为0.517mH，螺线管状线圈4中所加电流I为三角波，幅度为1A，频率为25KHz。2、连接好电路：即在腐蚀槽1内放有腐蚀液，在腐蚀槽1内的一端设有硅片2，在腐蚀槽1内的另一端设有铂片3，硅片2和铂片3浸泡在腐蚀液中，在腐蚀槽1外设有腐蚀电源（恒流源）5；腐蚀电源（恒流源）5是通过TekVisaAFG3101任意波形发生器产生的，该腐蚀电源（恒流源）5的正极通过导线与硅片2连接，腐蚀电源（恒流源）5的负极通过导线与铂片3连接，工作时，电流源的正负极通过腐蚀液形成电流回路。3、选用类型为P100、电阻率为0.01Ω.cm的硅片2作为电化学腐蚀的阳极，圆形薄铂片3作为电化学腐蚀的阴极；硅片2和圆形薄铂片3全部浸没在电解腐蚀液中进行电腐蚀，腐蚀时间为3min，电解腐蚀液是按氢氟酸：无水乙醇和去离子水以体积比为1:1:2配制的。4、为了研究问题的方便，我们选择了两组实验，其实验参数和对应的数据如下：编号腐蚀电流（mA/cm2）腐蚀时间(Min)多孔度多孔硅厚度(μm)⑴15353%~3.10⑵20357%~3.505、根据相关文献并结合上述实验条件，得到所形成的两片多孔硅膜多孔度分别约为53%、57%，厚度大约分别为3.10μm、3.50μm；6、制备完毕后，使用去离子水冲洗，最后在空气中干燥；7、多孔硅样品通过反射谱、光致发光谱和SEM进行分析研究；8、检验合格后即为成品。当前第1页1 2 3