[發明專利]一種晶體硅各向異性濕法腐蝕方法

有效

• 申請號: 201710127031.7
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN108538720B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 彭奎慶;付昊鑫;王江
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306;H01L31/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種晶體硅各向異性濕法腐蝕方法，屬于新材料技術領域。本發明將金屬催化硅腐蝕技術與金屬腐蝕技術相結合，提出了一種新型的晶體硅各向異性濕法腐蝕方法，可用于晶體硅表面大面積微納米尺度金字塔陣列絨面結構制備。該技術簡單易行，不需要添加雙氧水等強氧化劑，成本低廉，可工業化生產，所制備的大面積微納米尺度金字塔陣列絨面光吸收性能優異，因此在太陽能電池等領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種晶體硅各向異性腐蝕方法，屬于新材料技術領域。

背景技術

晶體硅濕法腐蝕可以實現各種硅微納米結構的制備，在微電子、微機電系統和光伏行業具有重要地位。半個世紀以來晶體硅各向異性腐蝕方法主要基于堿性腐蝕溶液，例如氫氧化鈉水溶液[參見：中國專利CN201310562781.9]和四甲基氫氧化銨腐蝕液[參見：中國專利ZL200410017032.9]等。近年來我們發明了一種金屬催化刻蝕硅方法，在含有氧化劑的氫氟酸中可以實現硅的位置選擇性腐蝕，利用銀或金作為催化劑可以制備大面積硅納米線陣列等硅微納米結構[參見：中國專利ZL 02104179.2；中國專利申請號ZL200510011753.3]，利用銅作為催化劑可以制備多孔硅結構[參見：K.Q.Peng,A.J.Lu,R.Q.Zhang,S.T.Lee,Motility of metal nanoparticles in silicon and inducedanisotropic silicon etching.Adv.Funct.Mater.,2008,18,3026]。1973年，美國Zwicker等人發現氟化銨和硝酸銅腐蝕溶液可以在硅表面腐蝕出倒金字塔結構[參見：W.K.Zwicker,S.K.Kurtz,Anisotropic etching of silicon using electrochemicaldisplacement reactions，Semiconductor Silicon,Eds.:Huff,H.R.Burgess,R.R.,Electrochemical Society,Pennington,315-326,1973]。2015年，中科院物理所研究人員采用含有硝酸銅和雙氧水的氫氟酸溶液在硅表面腐蝕出倒金字塔結構[參見：Y.Wang,L.X.Yang,Y.P.Liu,Z.X.Mei,W.Chen,J.Q.Li,H.L.Liang,A.Kuznetsov,X.L.Du,Masklessinverted pyramid texturization of silicon.Sci.Rep.,2015,5,10843]。但是上述方法在腐蝕過程中容易在硅表面沉積大量銅納米顆粒，所制備的倒金字塔尺寸大且表面粗糙。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型的晶體硅各向異性腐蝕方法。該方法利用含有氯化銅(或硫酸銅、硝酸銅)和鹽酸的氫氟酸溶液腐蝕晶體硅，可以實現晶體硅的高度各向異性腐蝕。該方法不需要加入其它氧化劑，如雙氧水、硝酸、硝酸鐵和氯化鐵等，簡單易行，可以在晶體硅(100)表面制備大面積微納米正金字塔陣列結構。由于銅離子的腐蝕和氯離子的絡合協同作用，該方法腐蝕的硅片表面銅沉積量極少，所腐蝕的微納米正金字塔結構表面光滑、缺陷少，因此在太陽能電池等領域具有廣泛的應用前景。

本發明提出的一種晶體硅各向異性腐蝕方法，其特征在于：所述方法按照步驟1、2和3單獨進行：

(1)將表面清潔的晶體硅片放入氯化銅、鹽酸和氫氟酸混合溶液的容器中，在20-90℃下反應10-100分鐘，然后將腐蝕后的硅片放入王水溶液里面浸泡去掉表面殘存的金屬；

(2)將表面清潔的晶體硅片放入硫酸銅、鹽酸和氫氟酸混合溶液的容器中，在20-90℃下反應10-100分鐘，然后將腐蝕后的硅片放入王水溶液里面浸泡去掉表面殘存的金屬；

(3)將表面清潔的晶體硅片放入硝酸銅、鹽酸和氫氟酸混合溶液的容器中，在20-90℃下反應10-100分鐘，然后將腐蝕后的硅片放入王水溶液里面浸泡去掉表面殘存的金屬；