[發明專利]一種具有納米結構表面的硅材料及其制作方法

無效

• 申請號: 201110302908.4
• 申請日: 2011-10-09
• 公開（公告）號: CN103030096A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 伊福廷
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及微米/納米半導體微加工技術領域，尤其涉及一種具有納米結構表面的硅材料及其制作方法。

背景技術

硅是一種用途最為廣泛的半導體材料，在太陽電池等許多領域有巨大的工業應用。目前，硅表面的納米結構制造主要有金屬薄膜技術自主裝的納米島結構和濕法腐蝕的多孔硅納米孔結構。如利用高溫磁控度銀工藝，獲得銀納米結構，然后利用反應離子刻蝕，將銀納米結構轉換成納米硅柱狀結構，其工藝方法與本發明基本是相同的，只是反應離子刻蝕所使用的掩模結構為銀納米結構。由于金屬納米薄膜技術的特點和機理限制，制作出的金屬自組裝納米顆粒直徑一般不超過100納米，所以無法完成幾百到微米直徑的納米顆粒，也就無法獲得該尺度下的硅納米柱狀結構。而濕法腐蝕的多孔硅結構，只能完成各種直徑尺寸的孔結構，無法實現納米柱狀表面的硅結構。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種具有納米結構表面的硅材料及其制作方法，納米結構尺寸直徑可以從幾十納米到幾微米，以滿足這一直徑尺度下的應用需要；如納米尺度PN結的光電池，由于PN結本身有100多納米的深度，如果硅納米柱狀結構本身直徑小于200微米，就會造成硅納米柱狀結構PN結的消失，無法實現納米柱狀PN結結構。對于本發明的幾百納米硅柱狀結構就使納米PN結消失，能夠滿足這樣的需求。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明提供了一種具有納米結構表面的硅材料，包括：具有一定厚度的硅片；以及刻蝕該硅片表面而形成的柱狀硅納米結構。

上述方案中，所述柱狀硅納米結構由直徑不等的硅圓柱構成。所述硅圓柱位置無序的分布在所述硅片表面，且高度相同。所述硅片的厚度為0.1-2毫米，其表面為拋光面、毛面或有結構面。

為了達到上述目的，本發明還提供了一種具有納米結構表面的硅材料的制作方法，包括：在硅片表面進行真空氯化銫鍍膜，并利用氯化銫納米島光刻技術在硅片表面形成氯化銫納米島結構；利用反應離子刻蝕將氯化銫納米島結構轉移到硅片表面，在硅片表面形成柱狀硅納米結構；去掉柱狀硅納米結構頂部的氯化銫，形成具有納米結構表面的硅材料。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：

1、本發明提供的具有納米結構表面的硅材料及其制作方法，采用氯化銫納米島自組裝技術完成原始納米結構，具有低成本和較強的工藝適應性能，并能夠在不同硅表面上生長和完成，便于推廣和應用。

2、本發明提供的具有納米結構表面的硅材料及其制作方法，利用熱蒸發來制造氯化銫薄膜，與磁控濺射和離子束鍍膜技術相比，熱蒸發技術要求低而工藝更為普及，能夠容易實現大面積和低成本。

3、本發明提供的具有納米結構表面的硅材料及其制作方法，選用氯化銫納米島光刻技術來完成原始納米結構，與傳統的電子束和納米壓印等微加工納米結構制造技術相比，無需昂貴的復雜工藝設備以及工藝中對硅表面平整度的嚴格要求，從而表現出設備簡單和制造成本低的特點。

4、本發明提供的具有納米結構表面的硅材料及其制作方法，使用的氯化銫材料，容易獲得，易溶解于水，因而硅納米柱狀結構完成后方便去除。

5、硅是半導體和微機電系統使用最為廣泛的材料，硅的刻蝕工藝非常成熟，所以本發明具有相應廣泛的應用領域。

附圖說明

圖1是依照本發明實施例的具有納米結構表面的硅材料的示意圖；

圖2是依照本發明實施例的制作具有納米結構表面的硅材料的方法流程圖；

圖3(a)至圖3(d)是依照本發明實施例的制作具有納米結構表面的硅材料的工藝流程圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

本發明提出了一種具有納米結構表面的硅材料及其制作方法，納米結構是柱狀結構，直徑范圍20-1500納米，高度50-5000納米，制作方法采用氯化銫自組裝和微細加工的鍍膜和反應離子刻蝕技術完成。該方法原始結構采用自組裝技術完成，能夠在不同形狀的硅表面上實現氯化銫納米結構，氯化銫島結構尺寸通過氯化銫薄膜厚度和顯影濕度的綜合控制來實現，小尺寸的納米島結構需要氯化銫厚度小和顯影濕度低來獲得，大尺寸島結構需要氯化銫厚度大和顯影濕度高來獲得。通過反應離子刻蝕技術將上述獲得的氯化銫納米島結構轉移成硅納米柱狀結構，實現具有納米結構表面的硅材料的制作。