专利名称：发光多孔硅材料的制备方法
技术领域：
本发明是电化学阳极腐蚀法制备多孔硅材料的一种新方法。
多孔硅的制备方法有很多种，最常用的方法是电化学腐蚀，即把硅片作为阳极在HF酸溶液中通以电流进行阳极氧化。硅在HF酸溶液中由于所加电压的不同会出现两种情况，在电流密度大于某个临界值(与硅片的类型，电阻率以及腐蚀液浓度和成份等因素有关)时，硅片将会被电剥离，而低于此临界值时，硅表面将由无数纳米量级的硅柱(硅粒)组成的不规则结构来构成，也就是所说的“量子海绵”结构，称之为多孔硅层。
制备多孔硅最基本的方法是采用阳极直流电化学腐蚀法。一种自调节的机制使得多孔硅形成过程中，腐蚀液和硅衬底的反应主要集中在形成的孔的根部。虽然硅衬底与HF反应形成的产物现在仍有争论，但是反应过程中产生H2SiF6或一些硅氟的其他离子形式的化合物以及H2已经得到肯定。在采用传统直流腐蚀法腐蚀多孔硅时，产生的硅氟化合物容易沉积在孔的底部，而且H2气泡由于表面张力吸附在硅柱表面，这些都阻碍了腐蚀液渗透入硅孔底部，使得化学反应变得缓慢和困难。另一方面，反应沉积物造成硅片电阻增大，反应电流密度变小，这也不利于保持一定的反应速度。另外一种制备方法——脉冲腐蚀的方法制备多孔硅，即阳极腐蚀过程不是连续而是间隔地进行。这样做使得反应产物在不加腐蚀电流的一段间歇时间里可以从硅孔中扩散出米，保持孔洞中腐蚀液的浓度。虽然脉冲电化学腐蚀相比直流腐蚀具有优越性，但是硅氟化合物和H2气泡是通过自然扩散的方式使腐蚀液在孔底部达到新的平衡，因而如果能采用主动的方式使反应物和H2气泡迅速脱离孔的底部，将会进一步改善和优化电化学腐蚀条件。
本发明超声电化学阳极制备多孔硅材料方法极其简单。把一片单面抛光的洁净待腐蚀的硅片放入一个聚四氟乙烯的腐蚀槽。然后把腐蚀槽放入一个超声波发生器。在腐蚀槽中加入含HF的腐蚀液，在超声波发生器中加入少量水，为腐蚀槽接上电极。用一套电脑控制的信号发生器为反应过程提供电流。改变腐蚀电流密度和时间。进行电化学腐蚀同时，打开超声发生器的电源，一并进行超声腐蚀。
本发明的超声波频率以20-200KHZ为好。
超声腐蚀时间可以与电化学腐蚀时间同时进行同时结束，根据具体情况，视腐蚀样品的厚度而定，一般在5秒-5小时范围。
由于现代硅工艺都集中在不大的硅片上进行，可将腐蚀槽放入超声发生器中进行超声腐蚀，在电化学腐蚀同时就能得到良好的多孔硅材料，工艺简捷方便。本发明可以将直流腐蚀槽或脉冲腐蚀槽等电化学腐蚀槽直接置入超声发生器中。
采用超声电化学阳极腐蚀法制备的多孔硅材料具有均匀分布的表面分布，平整的硅层界面，更重要的是这种方法制备的多孔硅具有很好的光学特性。经过大量的实验，结果证明超声阳极腐蚀法是一种有效的制备发光多孔硅材料的新方法。本发明方法简单易实现，成本不高，产品性能更好。
图2是采用超声腐蚀法得到的样品表面SEM图。
图3是超声腐蚀法工艺设备示意图。
上述图中，1是超声发生器，2是腐蚀槽，3是样品，4是HF电解液，5是螺栓。
根据不同硅片厚度分别选择频率为25KHZ、30KHZ、180KHZ，时间为5秒、1小时、5小时进行超声腐蚀，制备得到表面界面结构和光学特性均有显著提高的样品。
权利要求
1.一种发光多孔硅材料的制备方法，其特征是把腐蚀槽置于超声环境中制备多孔硅，即在电化学腐蚀多孔硅的同时加上超声条件来制备发光多孔硅材料。
2.根据权利要求1所述的发光多孔硅材料的制备方法，其特征是超声波的频率是20-200KHZ。
3.根据权利要求1所述的发光多孔硅材料的制备方法，其特征是超声腐蚀时间是5秒-5小时。
4.根据权利要求1所述的发光多孔硅材料的制备方法，其特征是将电化学腐蚀槽置入超声发生器中进行超声腐蚀。
全文摘要
一种采用超声电化学腐蚀制备发光多孔硅材料的方法。传统的多孔硅电化学制备方法是采用加直流电流或脉冲电流的方法。直流电流腐蚀方法制备的多孔硅材料有表面硅孔分布不均匀，孔径比较大，界面不平整，腐蚀效率不高等缺点。脉冲电化学腐蚀方法也有自身的缺点，化学反应产物不能有效地快速扩散出来。而且以这些方法制备的多孔硅材料光学特性不够好。本发明利用超声的特性，在电化学腐蚀多孔硅的同时加上超声，更加优化了腐蚀条件。得到的多孔硅材料无论是表面界面结构还是光学特性都得到了极大的提高。
文档编号C25F3/12GK1436878SQ0311554
公开日2003年8月20日 申请日期2003年2月27日 优先权日2003年2月27日
发明者侯晓远, 柳毅, 熊祖洪, 徐少辉, 柳玥, 刘小兵, 丁训民 申请人:复旦大学