[發明專利]一種能穩定多孔硅膜物理微結構的方法

有效

• 申請號: 201510208176.0
• 申請日: 2015-04-29
• 公開（公告）號: CN104900488B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 龍永福;王先春;胡惟文;曹斌芳;張愛龍;王津
• 申請（專利權）人: 湖南文理學院
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/3063;H01L21/268
• 代理公司: 常德市長城專利事務所(普通合伙)43204
• 代理人: 蔡大盛

技術領域

本發明涉及半導體材料技術領域，具體說是一種能穩定多孔硅膜物理微結構的方法。

背景技術

1956年，Uhlir對硅片在氫氟酸(HF)溶液中進行電化學拋光處理時發現了多孔硅的存在；1990年，Canham發現多孔硅在室溫下發出可見光，這個發現為多孔硅的研究開辟了新紀元；多孔硅在室溫下的發光展示了硅在光電子學、光學器件、太陽能電池以及傳感器技術等方面廣闊的應用前景。多孔硅發光材料研究已經有近20年的歷程，因多孔硅的發光彌補了單晶硅材料間接帶隙發光弱的局限性，使其被發現以來就受到極大的關注。從材料制備技術到物理特性表征方法都有廣泛而深入的研究結果，但其瓶頸問題是多孔硅膜物理結構不穩定、發光機制不明確及發光效率改善難度很大。1996年，以多孔硅為基礎材料的光電集成電路的實現使得這種前景更加有吸引力，然而，經過二十幾年的研究，由于其物理微結構穩定性、均勻性及發光性能一直沒有得到有效改善，其發光性能的均勻性一直沒有解決，使其在產業的應用受到限制，多孔硅發光和器件的研究及應用一直沒有取得明顯進展；多孔硅膜不穩定性，容易開裂、塌陷等，尤其是厚膜多孔硅極不穩定，限制其使用范圍。

據文獻報道，多孔硅膜開裂、塌陷和物理微結構不穩定的原因是表面張力所為，多孔硅膜是一種海綿狀的中空結構，其表面積/體積比可達每立方厘米600平方米。由于多孔硅內表面硅的懸空鍵或硅-氫鍵在空氣中極不穩定，導致其內表面硅的懸空鍵或硅-氫鍵中的氫原子與環境中的氧原子結合或置換，形成穩定的硅-氧鍵。消除多孔硅內表面硅的懸空鍵,促使多孔硅表面性能物理穩定，避免表面硅的懸空鍵與腐蝕液中的氫離子結構重組產生分子間的不均勻內應力,從而獲得物理性能穩定、可靠、在空氣中可以長期干燥保存的多孔硅膜。

目前，業內的研究和生產單位，為了得到物理微結構穩定的多孔硅膜，一般采用后處理多孔硅膜的方法。已經有文獻報道使用陰極還原表面處理技術、陽極氧化表面處理技術、使用過氧化氫后處理技術、戊烷干燥法、超臨界干燥法、冷凍干燥法和緩慢干燥法可以使多孔硅膜穩定,尤以超臨界干燥法為佳，但這些方法都是多孔硅膜形成之后對其進行后處理。這種對多孔硅膜使用后處理技術來提高其物理微結構穩定性的方法，仍然有時會造成多孔硅膜的物理微結構不均勻，使制備出的多孔硅單層膜和多層膜產生諸多缺陷。

發明內容

為了克服目前對多孔硅膜使用后處理技術來提高其物理微結構穩定性的方法，造成多孔硅膜的物理微結構不均勻，使制備出的多孔硅單層膜及由多孔硅多層膜所構成微腔的上述缺陷，本發明的目的是：提供一種能穩定多孔硅膜物理微結構的方法，用以提高多孔硅膜物理微結構的穩定性和均勻性。

本發明的目的是這樣實現的：為解決其技術問題，本發明人進行了長期的研究和實驗，系統總結了國內外多個科研小組的研究成果，根據多孔硅膜在形成過程中，在其內表面形成了大量的硅懸空鍵的特點，首次提出在多孔硅膜的形成過程中，就對多孔硅膜的內表面使用過氧化氫（H₂O₂）并使用短波射線照射同時進行氧化處理，邊對體硅進行陽極腐蝕，邊對其內表面進行氧化處理，使多孔硅內表面的硅懸空鍵與過氧化氫中的氧原子結合形成穩定的硅-氧鍵，增強多孔硅膜表面的穩定性和均勻性、光滑度和機械強度，保證多孔硅膜的物理微結構的穩定和均勻，從而完成了本發明；其中，該方法采用在腐蝕液中添加少量的過氧化氫（H₂O₂）并使用短波射線照射多孔硅膜，在腐蝕過程中，過氧化氫（H₂O₂）中的氧原子將多孔硅內表面硅柱上硅原子的懸空鍵或氫鍵用氧原子取代，在多孔硅內表面形成一層硅-氧鍵保護膜，來提高多孔硅膜的沿縱向方向上的物理微結構的穩定性和均勻性；同時，在恒腐蝕電流條件下，因為多孔硅的多孔度隨腐蝕深度增加而增加；在腐蝕過程中，部分硅-氧鍵與氫氟酸反應，腐蝕掉多孔硅內表面的部分硅-氧鍵，使多孔硅內表面隨腐蝕深度增加腐蝕得少，即：腐蝕時間越短的部分，表面腐蝕得越少，在一定條件下，兩者達到動態平衡狀態，提高多孔硅膜的沿縱向方向上的物理微結構和光學特性的均勻性。

該作法包括如下步驟：

1、使用恒流源，產生恒定腐蝕電流；