[發(fā)明專(zhuān)利]一種方形硅納米孔洞及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110051278.8
• 申請(qǐng)日: 2011-03-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102157621A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張迎九;蔡永梅;王曉霞;汪素蘭;要峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/18
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/18;H01L31/0352;B82Y40/00
• 代理公司: 鄭州紅元帥專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 41117
• 代理人: 徐皂蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種方形硅納米孔洞及其制備方法。

背景技術(shù)

硅作為一種重要的半導(dǎo)體材料，被廣泛應(yīng)用于微電子系統(tǒng)和太陽(yáng)能電池等行業(yè)。因而，對(duì)硅材料的加工工藝研究備受關(guān)注。其中一種典型工藝是一系列光刻和腐蝕工藝。按所用腐蝕劑的不同分為干法刻蝕和濕法刻蝕，也可以根據(jù)對(duì)晶面腐蝕速率的不同分為各向異性腐蝕和各向同性腐蝕。濕法腐蝕是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行的腐蝕。一般將硅片放入具有確定化學(xué)成分的腐蝕液體里進(jìn)行。濕法腐蝕的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、成本低廉、高產(chǎn)出以及高可靠性、優(yōu)良的選擇比。缺點(diǎn)是存在橫向腐蝕現(xiàn)象，腐蝕不徹底及均勻性差等。干法刻蝕是利用氣體在強(qiáng)電場(chǎng)作用下被電離，產(chǎn)生離子和電子等物質(zhì)，這些物質(zhì)擴(kuò)散在硅片表面并被吸收，在表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)刻蝕。包括光子束刻蝕、中子束刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕和等離子體刻蝕等。干法腐蝕有很多優(yōu)點(diǎn)：包括腐蝕均勻性與重復(fù)性好并且操作安全、簡(jiǎn)便、便于工藝監(jiān)控，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但是干法刻蝕工藝周期長(zhǎng)，過(guò)程復(fù)雜，成本較高。另外，無(wú)論干法刻蝕還是濕法刻蝕，均是在有掩膜條件下進(jìn)行的，如果不采用掩膜技術(shù)，預(yù)先設(shè)計(jì)圖形，則不會(huì)得到具有特定形狀的腐蝕坑（洞）。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種方形硅納米孔洞及其制備方法，這種方法不需要掩膜技術(shù)，硅納米孔洞的大小、密度和孔洞的深度由退火工藝和腐蝕體系決定，而具有均勻分布的硅納米孔洞的硅片面積只是由所使用的襯底面積決定。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種方形硅納米孔洞的制備方法，其中，采用金屬催化腐蝕與硅的濕法刻蝕技術(shù)相結(jié)合的方法，制備出方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)；其制備的步驟為：（1）在單晶硅片表面沉積5-200nm的金屬膜；（2）將沉積有金屬膜的硅片進(jìn)行熱處理，獲得具有特定形貌的金屬納米顆粒；（3）對(duì)退火后的硅片進(jìn)行腐蝕，形成方形硅納米孔洞。

進(jìn)一步，其中步驟（1）中的所述的在硅片表面沉積金屬膜是通過(guò)真空蒸鍍方法在硅片表面沉積厚度5-200nm納米的銀膜；其中步驟（2）中的所述將鍍有銀膜的硅片進(jìn)行熱處理的條件為，通入氬氣作為保護(hù)氣體，流量為50-200sccm，退火溫度為200-500℃，升溫速度為10-50℃/min，保溫時(shí)間為20～200分鐘；其中步驟（3）中腐蝕硅片的腐蝕液為氫氟酸、雙氧水，氫氟酸濃度為2～6mol/L，雙氧水濃度為0.2～0.6?mol/L，反應(yīng)溫度為20～70℃，腐蝕時(shí)間為30～120分鐘。

進(jìn)一步，所述步驟（1）中的銀膜厚度為10納米；步驟（2）中將鍍有銀膜的硅片進(jìn)行熱處理的條件為，通入氬氣作為保護(hù)氣體，流量為95sccm，退火溫度為300℃，升溫速度為10℃/min，保溫時(shí)間為30～180分鐘。

進(jìn)一步，所述的硅的濕法刻蝕技術(shù)所使用的刻蝕液為：氫氟酸（HF）濃度：2～6mol/L，雙氧水（H₂O₂）濃度：0.2～0.6mol/L，刻蝕的溫度在室溫到90℃，刻蝕時(shí)間1分鐘到1天。

進(jìn)一步，金屬催化劑為Ag、Pt、Au等貴金屬，F(xiàn)e、Ni等過(guò)渡族金屬，以及它們的合金；所述的金屬催化劑是通過(guò)相應(yīng)的金屬鹽直接加入到刻蝕液之中，或通過(guò)化學(xué)方法或物理氣相沉積方法沉積到Si材料表面。

進(jìn)一步，通過(guò)化學(xué)方法將金屬催化劑沉積到Si材料表面，將Si片浸入含有氫氟酸2-5?mol/L，0.01-0.02?mol/L的AgNO₃溶液中，浸泡時(shí)間為1-100秒。

一種方形硅納米孔洞，其中，所述的方形硅納米孔洞邊長(zhǎng)的大小為從10納米到10微米，準(zhǔn)方形孔洞深度從20納米到2毫米。

進(jìn)一步，所述的方形硅納米孔洞邊長(zhǎng)的大小為280～420納米，方形孔洞深度為20～200微米；或所述的方形硅納米孔洞邊長(zhǎng)的大小為50～190納米，方形孔洞深度為5～80微米。

進(jìn)一步，所述的方形硅納米孔洞結(jié)構(gòu)作為電池絨面，其反射率降至2～3%。

進(jìn)一步，在所述的方形硅納米孔洞內(nèi)部或硅片表面沉積半導(dǎo)體化合物，如Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，獲得具有Si納米孔洞的新型Si/半導(dǎo)體的太陽(yáng)能電池；或?qū)⑺龅姆叫喂杓{米孔洞作為模板，在納米孔洞內(nèi)部沉積金屬、無(wú)機(jī)物、有機(jī)物及其復(fù)合材料，獲得具有方形結(jié)構(gòu)的納米線/納米管；或?qū)⑺龅牡姆叫喂杓{米孔洞襯底表面沉積金屬銀或金顆粒或薄膜，作為表面增強(qiáng)拉曼光譜基底。