[發(fā)明專利]一種基于超聲駐波場制備硅微納結(jié)構(gòu)陣列的方法

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• 申請日: 2015-11-17
• 公開（公告）號: CN105439083A
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 巢炎;姚安琦;焦曉東;吳立群;劉先歡;王盛
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B82Y40/00;H01L31/0236
• 代理公司: 杭州金道專利代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超聲駐波場制備硅微納結(jié)構(gòu)陣列的方法。

背景技術(shù)

硅作為一種重要的半導(dǎo)體材料廣泛應(yīng)用于傳感器、太陽能電池、MEMS等領(lǐng)域，具有十分重要的作用。目前在單晶硅上制備微納米結(jié)構(gòu)的方法主要有氣-液-固(VLS)方法、反應(yīng)離子腐蝕法、點化學(xué)腐蝕法以及金屬輔助化學(xué)腐蝕法等。其中，金屬輔助化學(xué)腐蝕法性價高，加工方法簡單易行，制備微納結(jié)構(gòu)容易控制，且加工質(zhì)量高。因此，目前被廣泛應(yīng)用。但是，金屬輔助化學(xué)腐蝕法具有隨機性，制備規(guī)則微納結(jié)構(gòu)操作復(fù)雜，性價比低。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明公開了一種基于超聲駐波場制備硅微納結(jié)構(gòu)陣列的方法。本發(fā)明基于超聲駐波場制備硅微納結(jié)構(gòu)陣列的方法，其利用超聲波駐波場，使駐波點附近的顆粒在聲輻射力的作用下聚集在駐波點，因而，金屬輔助化學(xué)腐蝕在駐波點腐蝕制備出微納結(jié)構(gòu)陣列，該方法簡單易行、性價比高，利于工業(yè)化生產(chǎn)。

在金屬腐蝕化學(xué)腐蝕過程中，金屬催化劑顆粒的腐蝕路徑即為加工路徑。因此，在腐蝕制備過程中添加超聲駐波場，如圖1所示駐波場中粒子受力運動示意圖，駐波點處的聲輻射力和駐波場壓力最小，駐波點周圍的粒子受在聲輻射力的作用下向駐波點運動，最后聚集在超聲駐波點。如圖2所示，聚乙烯顆粒在超聲駐波場中呈線性陣列分布。同樣金屬催化劑顆粒在聲輻射力的作用下積聚在駐波點，并發(fā)生局部原電池反應(yīng)腐蝕單晶硅，從而可以實現(xiàn)硅微納結(jié)構(gòu)陣列的制備。

本發(fā)明具體操作步驟如下：

一種基于超聲駐波場制備硅微納結(jié)構(gòu)陣列的方法，按如下步驟：

(1)、配比腐蝕液：腐蝕液由HF溶液、H₂O₂溶液和AgNO₃溶液均勻混配而成；

(2)、將步驟(1)的腐蝕液放入反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜置于超聲發(fā)生器形成的超聲駐波場中，開啟超聲波電源，形成超聲駐波場；

(3)、將清洗后的單晶硅硅片放入反應(yīng)釜中，腐蝕時間30-60min后，得到單晶硅微納結(jié)構(gòu)陣列。在原子力顯微鏡下(如圖3、圖4)可以看到線性分布的硅微納結(jié)構(gòu)陣列。

優(yōu)選的，反應(yīng)釜為塑料反應(yīng)釜。

優(yōu)選的，腐蝕液由質(zhì)量分數(shù)10％的HF溶液、質(zhì)量分數(shù)0.06％的H₂O₂溶液和濃度為0.03mol/L的AgNO₃溶液均勻混配而成。

優(yōu)選的，HF溶液、H₂O₂溶液和AgNO₃溶液的體積比為5:2:3。

優(yōu)選的，步驟(2)，超聲波頻率20k赫茲。

優(yōu)選的，步驟(3)，單晶硅硅片在反應(yīng)釜中腐蝕時間30-60min，得到單晶硅微納結(jié)構(gòu)陣列。

本發(fā)明還公開了另一種技術(shù)方案：一種基于超聲駐波場制備硅微納結(jié)構(gòu)陣列的方法，按如下步驟：

(1)、配比腐蝕液：腐蝕液由HF溶液和H₂O₂溶液均勻混配而成；

(2)、將步驟(1)的腐蝕液放入反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜置于超聲發(fā)生器形成的超聲駐波場中，開啟超聲波電源，形成超聲駐波場；

(3)、將鍍銀的單晶硅硅片放入反應(yīng)釜中，腐蝕時間30-60min后，得到單晶硅微納結(jié)構(gòu)陣列。在原子力顯微鏡下(如圖3、圖4)可以看到線性分布的硅微納結(jié)構(gòu)陣列。

優(yōu)選的，反應(yīng)釜為塑料反應(yīng)釜。

優(yōu)選的，腐蝕液由質(zhì)量分數(shù)10％的HF溶液和質(zhì)量分數(shù)0.06％的H₂O₂溶液均勻混配而成。

優(yōu)選的，HF溶液和H₂O₂溶液的體積比為5:2。

優(yōu)選的，步驟(2)，超聲波頻率20k赫茲。

優(yōu)選的，步驟(3)，單晶硅硅片在反應(yīng)釜中腐蝕時間30-60min，得到單晶硅微納結(jié)構(gòu)陣列。

本發(fā)明將超聲駐波場與傳統(tǒng)的金屬輔助化學(xué)腐蝕法結(jié)合，使反應(yīng)過程中的金屬催化劑顆粒在超聲駐波場聲輻射力的作用下積聚在超聲駐波點，使金屬催化劑顆粒呈線性陣列分布在單晶硅表面，隨著腐蝕反應(yīng)的進行，單晶硅表面會形成規(guī)則的微納結(jié)構(gòu)陣列。

本發(fā)明中的腐蝕液、超聲波發(fā)生器以及器材均可以從商業(yè)途徑獲得。反應(yīng)過程在室溫下進行。對于單晶硅晶向、電阻率以及其它物理性質(zhì)均無要求。

附圖說明

圖1為駐波場中粒子受力運動示意圖。