[發(fā)明專利]一種微納多孔硅材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410241418.1
• 申請(qǐng)日: 2014-06-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103979485A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李偉;廖家科;呂小龍;鐘豪;蔣亞?wèn)|
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00;B82Y40/00
• 代理公司: 成都華典專利事務(wù)所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有微納米結(jié)構(gòu)的多孔硅材料的制備方法。

背景技術(shù)

自從1990?年Canham首次報(bào)道多孔硅在室溫下可以發(fā)出高效率的可見(jiàn)光以來(lái)，人們對(duì)其進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)了其特有的光學(xué)、電學(xué)、熱性能和機(jī)械性能等特性。隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)多孔硅可作為MEMS器件功能結(jié)構(gòu)層和犧牲層材料，因此成為半導(dǎo)體領(lǐng)域熱門(mén)的研究課題之一。電化學(xué)腐蝕方法可用于制備多孔硅材料，該方法工藝成熟，人們對(duì)溫度、腐蝕液成分、摻雜、電流密度等制備工藝條件對(duì)多孔硅表面形貌、光致發(fā)光等特性的影響，已有較多的認(rèn)識(shí)。但在硅材料的電化學(xué)腐蝕過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氫氣，由于表面張力作用氫氣氣泡會(huì)吸附在硅柱表面，而反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的硅氟化合物會(huì)沉積在硅孔底部，不利于電解液浸入已生成的硅孔中，因而隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硅孔中的酸濃度會(huì)很快下降，阻止反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行，從而導(dǎo)致所得材料具有硅孔分布不均勻、界面不平整、腐蝕效率低等特點(diǎn)。電化學(xué)方法制備的多孔硅材料具有以下特點(diǎn)：1）制備工藝相對(duì)穩(wěn)定，設(shè)備及實(shí)驗(yàn)條件要求相對(duì)簡(jiǎn)單；2）多孔面在比較大的面積范圍內(nèi)具有均勻性；3）制備出的多孔硅材料具有微米尺度孔徑，具有相對(duì)穩(wěn)定的深寬比；4）化學(xué)刻蝕得到的多孔硅比平坦單晶硅表面的光吸收率明顯提高，反射率降低，光譜吸收范圍有所拓寬。

1997年首次發(fā)現(xiàn)，鋁薄膜覆蓋的硅襯底經(jīng)過(guò)HF、HNO₃、H₂O的溶液腐蝕可制備硅的多孔結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，可在單晶硅表面先濺射一層薄的貴金屬層，利用熱或應(yīng)力的作用使薄層發(fā)生“自組裝”而形成均勻分布的微納米顆粒陣列，然后用HF、H₂O₂、NaOH?溶液進(jìn)行刻蝕，可在硅襯底表面生成直的小孔或者圓柱型納米微結(jié)構(gòu)。此后，利用這種金屬催化化學(xué)刻蝕原理來(lái)制備硅基納米結(jié)構(gòu)的各種新工藝得到重視。其工作原理是，硅襯底表面覆蓋的貴金屬顆粒層置于包含HF和某種氧化劑的刻蝕液中；被貴金屬粒子覆蓋的硅材料由于金屬催化作用被刻蝕的速度更快，因而此處貴金屬粒子不斷向硅材料內(nèi)部誘導(dǎo)腐蝕，從而可在硅材料襯底上產(chǎn)生微納米孔洞或者形成納米線陣列。采用這種方法，可在單晶硅上制備出具有微納米尺度的表面微結(jié)構(gòu)硅材料。金屬催化化學(xué)刻蝕所制備的微納米硅材料，具有以下基本特點(diǎn)：1）采用濕法化學(xué)腐蝕原理實(shí)現(xiàn)材料制備，工藝簡(jiǎn)單；2）制備的微結(jié)構(gòu)硅材料，是由具有微納米尺度的細(xì)線、細(xì)柱和微孔等構(gòu)成；3）孔徑或線、柱結(jié)構(gòu)的均勻度、形態(tài)等受工藝影響較大，工藝可重復(fù)性較差；4）具有微納米結(jié)構(gòu)的硅材料，其吸光率等性能較單晶硅材料有明顯提高。

微結(jié)構(gòu)硅材料是指在單晶硅襯底表面引入黑硅、多孔硅以及微納米硅結(jié)構(gòu)的硅材料。由于表面具有這些微納米尺度的微結(jié)構(gòu)，在硅材料表面引入了缺陷態(tài)、摻雜等，使得硅材料的某些半導(dǎo)體物理性能諸如能帶結(jié)構(gòu)、光吸收率、霍爾效應(yīng)、溫度電阻變化系數(shù)等發(fā)生改變，而這種改變可使得硅半導(dǎo)體材料具有更大的應(yīng)用價(jià)值，可用于新型光電探測(cè)器、太陽(yáng)能光伏器件等。

名稱為“一種多孔硅模板的制備方法”（申請(qǐng)?zhí)枮?01410011017.7）的專利公開(kāi)了一種多孔硅模版的制備方法，采用的是金屬催化刻蝕（MCE）的方法，制備倒金字塔形或圓形開(kāi)口的多孔硅模板，此多孔硅模版具有良好的減反射效果。但是此多孔硅模版的表面形貌比較單一，在吸光、提高光電流增益、延伸光譜響應(yīng)等特性上有待提高。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種微納多孔硅材料的制備方法，制備的多孔硅具與傳統(tǒng)多孔硅不同的結(jié)構(gòu)，不僅具有微米尺度的微孔結(jié)構(gòu)，還在微米孔洞表面具有納米尺度的細(xì)微結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種微納多孔硅材料的制備方法，包括以下步驟：

a：背電極及背電極封裝：利用真空鍍膜機(jī)，在清洗好的硅基材料的非拋光面上鍍鋁膜，用抗酸堿腐蝕膠帶對(duì)背電極進(jìn)行密封保護(hù)；

b：電化學(xué)腐蝕制備多孔硅：將步驟a得到的鋁背電極單晶硅片進(jìn)行電化學(xué)腐蝕，得到微米尺度的多孔硅材料；

c：金屬催化化學(xué)刻蝕前處理：去除多孔硅表面氧化層和背電極鋁，然后用去離子水進(jìn)行清洗，并在氮?dú)鈿夥罩写蹈桑?/p>

d：金屬催化化學(xué)刻蝕：采用銀作為催化劑，對(duì)步驟c得到的吹干的多孔硅進(jìn)行化學(xué)刻蝕，去除殘留在多孔硅微結(jié)構(gòu)中的金屬粒子，即得所述的微納多孔硅材料。

????優(yōu)選地，步驟a中所述的鋁膜厚度為0.1~0.3mm。