一种改善多孔硅纵向物理结构和光学特性均匀性的方法技术

本发明专利技术公开了一种改善多孔硅纵向物理结构和光学特性均匀性的方法。该方法是在制备多孔硅过程中，一方面，逐渐升高腐蚀液的腐蚀温度，氢氟酸分子纵向腐蚀硅的能力越来越大，从而引起在纵向方向上多孔硅的多孔度随腐蚀深度增加而减少；另一方面，在正常的恒电流密度的腐蚀条件下，随腐蚀深度的增加，多孔度变大或折射率变小。在一定条件下，二者达到动态平衡，使多孔硅薄膜沿纵向方向其多孔度保持一致，增强了多孔硅薄膜内表面的纵向物理结构的均匀性，保证多孔硅薄膜纵向物理结构和光学特性的均匀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种改善多孔硅纵向物理结构和光学特性均匀性的方法。
技术介绍
1990年，Canham发现多孔硅在室温下发出可见光，这个发现为多孔硅的研究开辟了新纪元，即室温下发光多孔硅研究阶段；多孔硅在室温下的发光展示了硅在光电子学、光学器件以及显示技术等方面广阔的应用前景。1996年，以多孔硅为基础材料的光电集成电路的实现使得这种前景更加有吸引力，但由于其发光性能一直没有得到有效改善，多孔硅发光和器件的研究及应用一直没有取得明显进展，也很少有文献对多孔硅的微结构对其光学特性的影响进行系统研究。现今，急需解决的瓶颈问题之一是纳米多孔硅薄膜的物理微结构、光学特性的均匀性及界面平整度。多孔硅膜（尤其是厚膜多孔硅）物理微结构不均匀性和光学特性不稳定，限制其广泛应用，同时，现有的研究工作基本上都是在室温下完成的，而制备温度对多孔硅微结构和发光特性的影响至今研究还比较少。最早Onoetal等研究了制备温度对多孔硅光致发光谱的影响，他们报道了随制备温度的降低光致发光强度降低的实验结果；而Setzuetal则报道了光致发光强度随制备温度的降低而增强的实验结果；后来，Blackwoodetal发现光致发光谱的强度与制备温度之间的关系具有随机性。另外，随制备温度的降低，Onoetal观察到峰值红移，而Blackwoodetal观察到峰值蓝移。虽然以上研究工作没有给出一致的规律性，但这些实验结果表明多孔硅的光致发光谱与制备温度有强烈的依赖性。2002年，Reeceetal等人已经在腐蚀液的温度维持在-22.5℃摄氏度时，制备了高质量的多孔硅微腔，当其工作在近红外区时，该微腔的光学谐振线宽为0.63nm；而有关文献在室温条件下制备的多孔硅微腔，其发光半高宽为6~15nm。在-22.5℃条件制备的微腔进一步说明制备温度是制备高质量多孔硅多层膜的关键因素。众所周知，决定具有多孔硅多层膜结构的微腔和布拉格反射镜等光学器件的质量是多孔硅薄膜的均匀性以及界面的平整性，因此,系统研究制备温度与多孔硅界面平整性之间的关系是十分必要的。从已有的文献归纳出如下结论：在恒电流密度的腐蚀条件下，随腐蚀深度的增加，多孔度变大或折射率变小，导致多孔硅沿纵向方向物理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物理结构和光学特性均匀性的多孔硅膜，一般采用递减腐蚀电流密度的方法等来改善多孔硅纵向物理结构均匀性，这些方法虽然改善了多孔硅纵向物理结构和光学特性均匀性，但增加了实验设备的复杂性，有待进一步改善。
技术实现思路
为了克服目前采用递减腐蚀电流密度法等对多孔硅均匀性处理所带来的设备复杂性、纵向物理结构均匀性有待进一步改善的不足，本专利技术的目的是提供一种能改善多孔硅纵向物理结构和光学特性均匀性的方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案：一种改善多孔硅纵向物理结构和光学特性均匀性的方法，其特征在于，该方法是在制备多孔硅过程中逐渐升高腐蚀液的温度。在其他条件相同的条件下，腐蚀液温度越高，氢氟酸分子纵向腐蚀硅的能力越大，多孔硅的多孔度越小。在制备多孔硅过程中，一方面，由于腐蚀液的温度越高，氢氟酸分子纵向腐蚀硅的能力越大，多孔硅的多孔度越小，导致随腐蚀液温度升高，在纵向方向上多孔硅多孔度有变小的趋势；另一方面，在恒电流密度的腐蚀条件下，随腐蚀深度的增加，多孔度变大或折射率变小。两种趋势达到动态平衡，从而导致多孔硅的多孔度在纵向方向上保持一致。优选地，在腐蚀时间内，上述腐蚀液的温度增加量为在腐蚀液初始温度基础上增加2-30℃，并匀速升高腐蚀液的温度。与现有技术相比，本专利技术具备的有益效果：通过在腐蚀液中匀速升高腐蚀液的温度，在制备多孔硅的过程中，一方面，由于腐蚀液温度逐渐升高，导致腐蚀液中氢氟酸分子的热运动逐渐加快，氢氟酸分子纵向腐蚀硅的能力越来越大，导致在纵向方向上多孔硅多孔度有变小的趋势；另一方面，由于在恒电流密度的腐蚀条件下，随腐蚀深度的增加，多孔度变大或折射率变小，在一定条件下，二者达到动态平衡，从而导致多孔硅多孔度在纵向方向上保持一致。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。以下所述，仅是本专利技术的较佳实施例而已，并非对本专利技术做其他形式的限制，任何本
的技术人员可能利用本专利技术公开的
技术实现思路
加以变更为同等变化的等效实施例。故凡是未脱离本专利技术方案的内容，依据本专利技术的技术实质对以下实施例做简单修改或等同变化，均应落在本专利技术的保护范围内。实施例一本专利技术的这种能改善多孔硅纵向物理结构和光学特性均匀性的方法，具体包括如下步骤：1、连接好电路：即在腐蚀槽内放有腐蚀液，在腐蚀槽内的一端设有硅片，在腐蚀槽内的另一端设有铂片，硅片和铂片浸泡在腐蚀液中，在腐蚀槽外设有恒流源；恒流源是通过TekVisaAFG3101任意波形发生器产生的，该恒流源的正极通过导线与硅片连接，恒流源的负极通过导线与铂片连接，工作时，电流源的正负极通过腐蚀液形成电流回路。2、选用类型为P100、电阻率为0.01Ω.cm的硅片作为电化学腐蚀的阳极，薄铂片作为电化学腐蚀的阴极；硅片和薄铂片全部浸没在电解腐蚀液中进行电腐蚀，腐蚀时间为4min，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。腐蚀液的初温是25℃，在4分钟的多孔硅制备过程中，加热腐蚀液，其温度逐渐均匀升高到28℃，直至腐蚀完成。3、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)⑴5451%~1.45⑵10453%~2.754、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1.45μm、2.75μm；5、制备完毕后，使用去离子水冲洗，最后在空气中干燥；6、多孔硅样品通过反射谱、光致发光谱和SEM进行分析研究；7、检验合格后即为成品。实施例二本实施例的这种能改善多孔硅纵向物理结构和光学特性均匀性的方法，具体包括如下步骤：1、连接好电路：即在腐蚀槽内放有腐蚀液，在腐蚀槽内的一端设有硅片，在腐蚀槽内的另一端设有铂片，硅片和铂片浸泡在腐蚀液中，在腐蚀槽外设有恒流源；恒流源是通过TekVisaAFG3101任意波形发生器产生的，该恒流源的正极通过导线与硅片连接，恒流源的负极通过导线与铂片连接，工作时，电流源的正负极通过腐蚀液形成电流回路。2、选用类型为P100、电阻率为0.01Ω.cm的硅片作为电化学腐蚀的阳极，薄铂片作为电化学腐蚀的阴极；硅片和薄铂片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。腐蚀液的初温是25℃，在3分钟的多孔硅制备过程中，加热腐蚀液，其温度逐渐均匀升高到27℃，直至腐蚀完成。3、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)⑴10351%~1.95⑵15354%~2.754、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51%、54%，厚度大约分别为1.95μm、2.7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善多孔硅纵向物理结构和光学特性均匀性的方法，其特征在于，在制备多孔硅过程中，通过逐渐均匀升高腐蚀液的腐蚀温度，实现以下目的：一方面，在正常的恒电流密度的腐蚀条件下，随腐蚀深度的增加，多孔度变大或折射率变小；另一方面，随着腐蚀液温度的逐渐增加，氢氟酸分子纵向腐蚀硅的能力越大，导致多孔硅纵向多孔度随腐蚀液温度的升高而减少，两种趋势达到动态平衡，从而导致多孔硅多孔度在纵向方向上保持一致。

【技术特征摘要】
1.一种改善多孔硅纵向物理结构和光学特性均匀性的方法，其特征在于，在制备多孔硅过程中，通过逐渐均匀升高腐蚀液的腐蚀温度，实现以下目的：一方面，在正常的恒电流密度的腐蚀条件下，随腐蚀深度的增加，多孔度变大或折射率变小；另一方面，随着腐蚀液温度的逐渐增加，氢氟酸分子纵向腐蚀硅的能力越大，导...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙永福，
申请(专利权)人：湖南文理学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43