[發明專利]刻蝕硅結構、形成刻蝕硅結構的方法及其用途

有效

• 申請號: 201280063754.0
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN104011261B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 劉峰名;Y·江;M·格林
• 申請（專利權）人: 奈克松有限公司
• 主分類號: C23C18/16
• 分類號: C23C18/16;C23C18/31
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張英;王玉桂

技術領域

本發明涉及刻蝕硅的方法、刻蝕硅結構、含有刻蝕硅結構的電極和包含刻蝕硅結構的裝置。

背景技術

可再充電(可充電)金屬離子電池(例如鋰離子電池)在便攜電子設備中廣泛使用，如移動電話和筆記本電腦，并且在電動汽車或混合電動汽車中應用提高。

可再充電(可充電)金屬離子電池具有陽極層(也稱為負極)；能夠釋放和重新插入金屬離子的陰極層(也稱為正極)；和所述陽極和陰極層之間的電解質。當電池充滿電時，金屬已通過電解質從含金屬的陰極層輸送至陽極層。就鋰離子電池的石墨類陽極層來說，鋰與石墨反應產生化合物Li_xC₆(0<＝x<＝1)。作為復合陽極層中的電化學活性物質，石墨的最大容量為372mAh/g。

還已知硅基活性陽極材料的使用，它可以具有比石墨更大的容量。

US7402829公開了刻蝕硅基片形成從所述硅基片伸出的硅臺柱陣列。

WO2009/010758公開了硅粉的刻蝕以制備在鋰離子電池中使用的硅材料。所得刻蝕的顆粒在其表面上含有臺柱。

Huang等人，“Metal-Assisted?Chemical?Etching?of?Silicon:A?Review”,Adv.Mater.2010,1-24公開了模板基金屬輔助化學刻蝕法，其中在通過熱蒸發的銀層沉積期間，硅基片表面上的聚苯乙烯球掩蔽了下方的硅，以產生具有覆蓋在所述硅上的有序排列的孔的銀層，然后再進行刻蝕。還公開了使用SiO₂球和使用陽極氧化鋁作為掩膜的方法。

WO2009/137241公開在含硅基片表面上旋轉涂布二氧化硅或聚苯乙烯納米顆粒，在所述納米顆粒和硅上沉積金屬并刻蝕所述硅。在替代方法中，氧化鐵納米顆粒代替了聚苯乙烯納米顆粒，所述氧化鐵納米顆粒是通過將幾滴含有分散顆粒的溶液施加在所述基片上并使溶液蒸發來沉積的。這些技術均不適合刻蝕包含顆粒硅的材料。

Bang等人，“Mass?production?of?uniform-sized?nanoporous?silicon?nanowire?anodes?via?block?copolymer?lithography”,Energy?Environ.Sci.2011,4,3395公開了通過旋轉涂布引入鐵的聚苯乙烯-嵌段-聚(4-乙烯吡啶)，然后進行氧等離子體處理從而在硅片上形成六邊形堆積的氧化鐵圖案。然后，銀顆粒無電沉積在所述片上，并對所述片進行刻蝕。

發明內容

在第一個方面，本發明提供了一種刻蝕硅的方法，所述方法包括以下步驟：

將第一金屬無電(化學，electrolessly)沉積在待刻蝕的硅表面上，其中所述無電沉積的第一金屬部分覆蓋所述待刻蝕的硅表面；

將不同于第一金屬的第二金屬沉積在所述硅表面和無電沉積的第一金屬上，其中沉積的第二金屬膜覆蓋所述待刻蝕的硅表面；

從覆蓋在第一金屬上的沉積的第二金屬的膜區域除去第一金屬和第二金屬以使得第二金屬部分覆蓋待刻蝕的硅表面；和

通過將硅表面暴露于包含氧化劑和氟化物離子(氟離子，fluoride?ion)源的水性刻蝕組合物來刻蝕所述硅。

可選地，無電沉積(化學沉積)的第一金屬在待刻蝕的硅表面上形成多個島。

可選地，所述島的直徑在10-200nm，可選地20-100nm的范圍內。

可選地，所述金屬島彼此分離。

可選地，所述多個金屬島中的至少一些是通過第一金屬的橋連接的。

可選地，在第二金屬的沉積之前除去至少一些所述橋。

可選地，第一和第二金屬獨立地選自銅、銀和金。

可選地，第一金屬的無電淀積包括將待刻蝕的硅表面暴露于包含第一金屬的離子和氟離子源或堿的水性組合物。

可選地，通過在含有電解質的電沉積浴中的電沉積使第二金屬沉積，所述電解質包含第二金屬源。

可選地，在第二金屬的沉積之前，處理所述硅表面以除去二氧化硅。