超聲波頻率對化學蝕刻工藝有什么影響

引言

在這項工作中，超聲增強化學腐蝕被用來制作多孔硅層。通過使用HF溶液和HNO3在p型(111)取向硅中制備多孔硅層。發(fā)現(xiàn)超聲波改善了p型硅上多孔硅層的結構。用這種方法可以制作品質(zhì)因數(shù)高得多的多孔硅微腔。由超聲波蝕刻引起的質(zhì)量提高可歸因于氫氣泡和其它蝕刻化學物質(zhì)從多孔硅柱表面逃逸的速率增加。該效應歸因于自由空穴載流子濃度的有效變化。超聲波已導致表明可能在鍵合結構的變化，并增加氧化。此外，在超聲波處理和微觀結構之間建立了相關性。

介紹

多孔硅是一種新型材料，在硅基光電器件中的應用引起了人們的關注。全世界都在努力開發(fā)其獨特的可見光致發(fā)光(PL)和電致發(fā)光(EL)特性以用于新的應用。需要詳細研究的PS的一個重要性質(zhì)是由于其大的表面積和表面缺陷而與化學物質(zhì)的高反應性。單位面積取決于制造條件，這種材料的體積范圍可以從幾平方米/立方厘米到200平方米/立方厘米。

許多研究人員已經(jīng)對PS的各種應用性能進行了研究。使用液體接觸時觀察到有效EL的事實表明，液體的存在會影響電性能。另一個有趣的方面是使用各種技術實現(xiàn)硅表面的顯著電子鈍化。通過將體硅簡單地浸入氟化氫(HP)中，已經(jīng)實現(xiàn)了非常低的表面復合速度值，導致表面復合中心< 108 cm-2。這主要歸因于沒有懸掛鍵的表面的完全氫終止。

結果

通過在(HF和HNO3)溶液中使用從30到50 W的不同us激發(fā)的化學蝕刻來制造硅的多孔層。超聲增強蝕刻工藝使得蝕刻劑和硅晶片之間的反應在硅孔中沿垂直方向比橫向進行得更快(各向異性系數(shù)(孔的平均深度/孔的平均寬度)從7.31增加到158.4)。

其樣品的AFM圖像如圖1 (a) - (c)所示。樣品A、B和C的PS層厚度分別為500、1000和1250 nm。在相同的有效刻蝕時間下，可以得到兩個明顯的結論:(1)樣品的PS層厚度通過超聲波蝕刻制備的樣品(樣品B和C)大于通過通常技術(非超聲波)蝕刻制備的樣品(樣品A)。(2)樣品C的硅孔在表面法線方向上最連續(xù)，并且具有均勻的分布和最小的直徑。

通過AFM測量三個樣品的光滑度，如圖1所示。顯微照片中顯示的最明顯的現(xiàn)象是，從樣品C到樣品A，硅柱尺寸增加，而均勻性降低。四個樣品的表面粗糙度均方根(RMS)值分別為17.324納米(樣品A)、9.505納米(樣品B)和3.779納米(樣品C)。

結論

總之，我們提出了一種超聲增強化學腐蝕方法來制作PS層。表面研究原子力顯微鏡(AFM)顯示，當其他蝕刻參數(shù)不變時，超聲蝕刻產(chǎn)生更厚且更均勻的PS層，具有比非超聲化學蝕刻更小的硅孔。

AFM觀察進一步證實了結構性能的改善，這可以通過PS形成機制，尤其是超聲空化來解釋。PS單層和PS微腔的研究表明，超聲刻蝕優(yōu)化了樣品的特性。超聲腐蝕與常規(guī)腐蝕相結合，獲得了質(zhì)量最好的樣品技巧。這種新的刻蝕方法是制備PS材料，特別是PS多層膜的一種非常有效的技術，為實現(xiàn)PS材料的應用開辟了一條可行的途徑。

審核編輯：符乾江