一种基于多孔硅的热整流元件制造技术

一种基于多孔硅的热整流元件，涉及热整流元件。设有硅基片，在硅基片的非抛光面通过磁控溅射的方法镀一层铝膜，通过电化学腐蚀法在硅基片的抛光面腐蚀形成多孔硅层。通过电化学腐蚀法制备多孔硅，得到一个非对称性结构的元件，通过NETZSCH公司的LFA 457对元件在100～600℃条件下的热扩散系数进行测量，最后经过简单计算得到这种非对称性结构的热整流系数。结构简单、制作工艺成熟、价格低廉，弥补了现有的以多孔硅作为热整流元件的不足，在较高温度下具有热整流效应，大大扩展了多孔硅作为热整流元件的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及热整流元件，尤其是涉及一种基于多孔硅的热整流元件。
技术介绍
类似于微电子技术的发展历程，热输运性质研究与热流控制技术的重大突破将为人类社会发展所面临的能源、信息等重大问题提供强有力的科技手段。在热器件的设计和制备中，对热整流效应的研究是很重要的方面。热整流是指热量传递依赖于温度梯度或者热流方向的一种特殊传热现象。在热学领域，与电二极管相对应的是热二极管，但是尽管导电和导热过程具有类似性，到目前为止还没有真正能够实现热二极管功能的器件诞生，这主要归因于导电及导热的主要载子电子和声子的特性存在明显差异。由于热整流效应在纳米器件热设计中潜在运用价值巨大，因而备受关注。一方面，硅是重要的半导体材料，广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业；另一方面结构的不对称性可引起热整流效应，因此，将硅部分腐蚀制得硅/多孔硅的非对称性结构，并作为热整流的元件，探究其热整流系数的工作就具有十分深远的意义。在文献TheoreticalanalysisofthermalrectificationinabulkSi/nanoporousSidevice.M.Criado-Sancho.,etal.PhysicsLettersA376(2012)1641-1644中，从理论上探究了这种非对称性结构在60～125K的低温下热整流系数与孔隙率、孔半径以及硅与多孔硅的体积比三个自变量之间的关系，最终在60K低温下，孔隙率为10％，孔半径为80nm，硅与多孔硅体积比为7:1时获得最大热整流系数为1.6。文献ThermalrectificationininhomogeneousnanoporousSidevices.M.Criado-Sancho.,etal.JOURNALOFAPPLIEDPHYSICS114,053512(2013)从理论上分析了在60～125K的低温条件下，热整流系数与多孔硅空间孔隙率分布之间的关系，结果表明当孔隙率以空间位置x的一次、二次、三次指数分布时，热整流系数在1.0～1.59的范围内变化。但目前对于多孔硅的热整流效应的研究仍存在以下不足：一是多数研究停留在理论上，并没有通过实验验证；一是多数研究限定在低温条件下的热整流效应，这对于多孔硅作为热整流元件的应用有着很大的限制。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于多孔硅的热整流元件。本技术设有硅基片，在硅基片的非抛光面通过磁控溅射的方法镀一层铝膜，通过电化学腐蚀法在硅基片的抛光面腐蚀形成多孔硅层。所述铝膜的厚度可为200nm。所述硅基片可采用硅基片〈100〉(5～7mΩcm，B-doped)，硅基片的尺寸可为12mm×12mm，厚度可为530μm。所述多孔硅层的整体半径可为5.5mm，厚度可为17μm，平均孔径可为8.4nm。本技术通过电化学腐蚀法制备多孔硅，得到一个非对称性结构的元件，通过NETZSCH公司的LFA457对元件在100～600℃条件下的热扩散系数进行测量，最后经过简单计算得到这种非对称性结构的热整流系数。本技术的结构简单、制作工艺成熟、价格低廉，弥补了现有的以多孔硅作为热整流元件的不足，从实验角度直接验证了在较高温度下本技术元件具有热整流效应，大大扩展了多孔硅作为热整流元件的应用范围。附图说明图1是本技术实施例的结构示意图。图2是图1的俯视示意图。图3是本技术实施例的多孔硅层的SEM图。图4是本技术实施例的多孔硅层的截面图。图5是本技术实施例的热整流系数在100～600℃温度区间的曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术作进一步详细的说明。参见图1和2，本技术实施例设有硅基片2，在硅基片2的非抛光面通过磁控溅射的方法镀一层铝膜1，通过电化学腐蚀法在硅基片2的抛光面腐蚀形成多孔硅层3。所述硅基片2采用P型硅基片，尺寸为12mm×12mm，厚度为530μm；硅基片2的抛光面设置有多孔硅层3，该多孔硅层3的平均孔径为8.4nm，厚度为17μm，整体半径可为5.5mm，硅基片的未抛光面设置有铝膜1，铝膜1的厚度为200nm，用于电化学腐蚀时与正极连接。以下给出本技术的制备方法：(1)清洗硅基片。首先将硅基片〈100〉(5～7mΩcm，B-doped)放入体积比为H2SO4∶H2O2＝4∶1的混合溶液中在250℃的温度下加热10min，然后将硅片取出按照先热水后冷水冲洗的顺序反复冲洗10次，最后将硅片置于体积比为HF∶H2O＝1∶20的混合溶液中晃动几min，去除残留在硅片表面的氧化物，取出后用冷水冲洗，吹干即可。(2)溅射金属薄膜。在硅片的未抛光面磁控溅射200nm的铝膜，用于与直流电源的正极相接。(3)腐蚀得到多孔硅。将硅片溅射Al膜的面与电解槽底部紧密接触，从而与直流电源正极连接，并把金属铂插入电解液中作为负极，电解液为HF(39﹪)∶无水乙醇＝5∶1，反应时间为5min，腐蚀电流为150mA。(4)冲洗样品。无水乙醇冲洗5遍。(5)烘干样品。在真空条件、80℃下低温烘12h。通过SEM观测本技术的形貌特征，结果如图3和4所示。通过NETZSCH公司的LFA457对本技术在100～600℃温度条件下正反两个方向的热扩散系数分别进行测量，通过热整流系数R＝Kf/Kr＝αf/αr计算得到本技术的热整流系数值，结果如图5所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多孔硅的热整流元件，其特征在于设有硅基片，在硅基片的非抛光面有一层铝膜，在硅基片的抛光面有多孔硅层；所述铝膜的厚度为200nm；硅基片的尺寸为12mm×12mm，厚度为530μm；所述多孔硅层的整体半径为5.5mm，厚度为17μm，平均孔径为8.4nm。

【技术特征摘要】
1.一种基于多孔硅的热整流元件，其特征在于设有硅基片，在硅基片的非抛光面有一层铝膜，在硅基片的抛光面有多孔硅层；所述铝膜的厚度为200nm；硅基片的尺寸为12mm×12mm，厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑金成，付攀，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：福建;35