图形化电化学腐蚀制备多孔硅方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备半导体器件的方法，特别是涉及一种电化学腐蚀制备多孔硅的方法，应用于半导体元件可控形貌制备技术领域。
【背景技术】
[0002]由于多孔硅具有室温下优于硅的光致发光和电致发光效应，被广泛应用于照明材料、太阳能电池材料、微电子学、光电器件、生物医学等方面。多孔硅的制备方法从一开始的化学腐蚀逐渐发展了电化学腐蚀、水热腐蚀、溅射刻蚀和蒸汽刻蚀以及超声空化物理化学综合法。其中由于电化学腐蚀具有可控性强，操作方便等特点应用的最广。电化学腐蚀又可分为单电解池法、旋转电解槽法、电偶电流法以及双槽电解池法。其中又以双槽电解池法应用最广，原因在于用该方法制备出的多孔硅形貌高度可控。
[0003]双槽电解池法腐蚀多孔硅是在氢氟酸和乙醇按一定配比或氢氟酸、乙醇和去离子水按一定配比混合的溶液中进行的，腐蚀条件包括硅片掺杂类型、硅片掺杂浓度(电阻率)、晶面指数、氢氟酸浓度、电流密度、腐蚀时间、温湿度、光照条件和干燥条件。
[0004]Si+2HF+h+ — SiF2+2H++e_(I)
SiF2+2HF — SiF4+H2(2)
SiF4+2HF — H2SiF6(3)
以上反应是在硅片表面和腐蚀液的接触面进行的，从反应(I)中可以发现，反应的进行需要空穴的参与，即对于η型掺杂的硅片而言，如果没有足够的空穴被输运到固-液界面，反应将停止。而对于P型掺杂的硅片，将有足够的空穴参与反应形成多孔硅层。所以，对于η型掺杂的硅片制备多孔硅层，传统的做法是提供某种特定波长的光照条件，使硅片被激发产生电子-空穴对，以此来达到反应所需的空穴数量，维持反应的进行最终形成多孔硅层。但现有的方法制备多孔硅效率不够理想，制备的多孔硅层形貌比较单一，影响了多孔硅的应用领域。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种图形化电化学腐蚀制备多孔硅方法，结合光诱导、图形化和电化学腐蚀方法，在传统的双槽电解池法中引入光强可调，可选特定波长连续可调以及具有图形化配件的光源照射硅片表面在满足η型掺杂硅片所需的空穴的同时能调控多孔硅层的形貌，同样对于P型掺杂的硅片可以起到相同的作用。
[0006]为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案:
一种图形化电化学腐蚀制备多孔硅方法，采用双槽电解池法制备出的多孔硅，利用硅片将电解槽分为两个独立的部分，采用铂网作为电极材料，采用恒流源作为腐蚀过程提供的所需电流，腐蚀液采用氢氟酸和乙醇按设定配比形成的混合溶液，通过对光强的调控，利用特定波长连续可调的光源进行光照，再通过具有图形化配件的光源控制系统，照射硅片表面，来调控硅片的多孔硅层形貌，根据设计需要制备多孔硅。
[0007]优选上述光源由控制器控制输出激光，再经由光学系统准直扩束后，使光线通过图形化配件输出，对硅片表面进行照射。
[0008]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.本发明与传统技术相比较虽然将引入的光照作为一个变量使系统变得复杂化，但是可控的光照条件和图形化配件对多孔硅层的形成产生了直接影响，使形成的多孔硅层有更多的变化，满足了各种多样化的需求，利用光强、波长以及特定的图形化配件的配合制备出理想的多孔硅层；
2.本发明基于光诱导和有序化电化学腐蚀方法，可通过调节光强和波长再配合图形化配件可制备出不同形貌的多孔硅层，同时实现对腐蚀速率的有效控制。
【附图说明】
[0009]图1是本发明实施例一采用双槽电解池法制备多孔硅的装置侧视图。
[0010]图2是本发明实施例一采用双槽电解池法制备多孔硅的装置俯视图。
[0011]图3是本发明实施例一采用双槽电解池法时的光源系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]本发明的优选实施例详述如下:
实施例一:
在本实施例中，参见图1?图3，基于光诱导的图形化电化学腐蚀制备多孔硅装置，在传统的双槽电解池法中引入光强可调，可选特定波长的有序阵列光源照射硅片表面在满足η型掺杂硅片所需的空穴的同时能调控多孔硅层的形貌。采用聚乙烯塑料作为容器I将中间隔开形成左右两个独立的腔室，硅片5固定在容器I中间，采用氢氟酸和乙醇按设定比例混合制备一系列氢氟酸浓度的腐蚀液2，采用铂网为电源正极3和电源负极4的电极材料。采用恒流源为腐蚀过程提供所需电流。利用特定的光源输出的光线6进行光照，参量包括光强、波长以及特定的图形化配件。对于η型掺杂的硅片，其腐蚀过程必须要有光的激发产生足够的电子-空穴对。本实施例中光照条件除了能提供反应所需的空穴之外，更提供了光强和在固定波段的波长连续可调功能，更重要的是本实施例提供了图形化配件辅助制备多孔硅的方法，能实现按设计要求自由选择，大大拓展了多孔硅层形貌特征，对于多孔硅层的形貌产生了积极影响，使形成的多孔硅层的形貌具有多样性。
[0013]在本实施例中，光学控制系统由控制器7、光源8、光学准直扩束装置9和图像化配件10组成，光源由控制器7控制输出激光，再经由光学系统准直扩束系统9后，最终使光线6通过图形化配件10输出，对硅片5表面进行照射。
[0014]在本实施例中，利用特定的光源进行光照，参量包括光强、波长以及特定的图形化配件10，通过这些参数的配合可制备出理想的多孔硅层。光强可调，可选特定波长连续可调以及具有图形化配件10的光源由控制器7控制输出激光，再经由光学系统准直扩束，最终通过图形化配件10输出照射到硅片5表面。
[0015]实施例二:
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于: 在本实施例中，基于光诱导的图形化电化学腐蚀制备多孔硅装置，在传统的双槽电解池法中引入光强可调，可选特定波长的有序阵列光源照射硅片表面在满足η型掺杂硅片所需的空穴的同时能调控多孔硅层的形貌，对于P型掺杂的硅片可以起到相同的作用。对于P型掺杂的硅片，虽然硅片本身有足够的空穴参与反应并不需要光的激发，但是光照条件的引入可加快形成多孔硅层的速度。本实施例的光照条件和可供选择的图形化配件的协同作用，同样大大拓展了多孔硅层形貌特征。
[0016]上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明图形化电化学腐蚀制备多孔硅方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种图形化电化学腐蚀制备多孔硅方法，采用双槽电解池法制备出的多孔硅，其特征在于:利用硅片将电解槽分为两个独立的部分，采用铂网作为电极材料，采用恒流源作为腐蚀过程提供的所需电流，腐蚀液采用氢氟酸和乙醇按设定配比形成的混合溶液，通过对光强的调控，利用特定波长连续可调的光源进行光照，再通过具有图形化配件的光源控制系统，照射硅片表面，来调控硅片的多孔硅层形貌，根据设计需要制备多孔硅。
2.根据权利要求1所述图形化电化学腐蚀制备多孔硅方法，其特征在于:所述光源由控制器控制输出激光，再经由光学系统准直扩束后，使光线通过图形化配件输出，对硅片表面进行照射。
【专利摘要】本发明公开了一种图形化电化学腐蚀制备多孔硅方法，固定的硅片将电解槽分为两个独立的部分，铂网作为电极材料，腐蚀液为氢氟酸和乙醇按一定配比形成的混合溶液。光强可调，可选特定波长连续可调以及具有图形化配件的光源照射硅片表面，该光源由控制器控制输出激光，再经由光学系统准直扩束，最终通过图形化配件输出照射到硅片表面。在满足n型掺杂硅片所需的空穴的同时更重要的是提供了图形化配件思路，虽然引入的光源条件作为参量使系统复制化，但是对于多孔硅层的形貌产生了积极影响，使形成的多孔硅层的形貌具有多样性。对于p型掺杂的硅片除了加快腐蚀速率之外也可实现相同的功能，并提供了一种双槽电化学腐蚀制备多孔硅层的新思路。
【IPC分类】C25F3-12
【公开号】CN104562171
【申请号】CN201510022390
【发明人】胡志宇, 吴义桂, 林忠劲, 龙啸, 田遵义, 韩超, 张海明
【申请人】上海大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月16日