本發(fā)明涉及半導(dǎo)體
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種提高多孔硅縱向物理結(jié)構(gòu)均勻性和光學(xué)特性穩(wěn)定性的方法。
背景技術(shù)：
：自1990年Camham報(bào)導(dǎo)了室溫下多孔硅光致發(fā)光特性以來，多孔硅已經(jīng)激起了許多應(yīng)用方面的研究興趣，如發(fā)光器件、傳感器和光微腔等；特別是1996年，硅基光電集成原型器件的實(shí)現(xiàn)是多孔硅應(yīng)用研究的一個(gè)里程碑。然而，由于多孔硅的特性如發(fā)光強(qiáng)度、多孔度、折射率、厚度、均勻性、表面和界面平整度、孔徑和微結(jié)構(gòu)等強(qiáng)烈依賴于陽極腐蝕參數(shù)，這些參數(shù)包括腐蝕液的組成、腐蝕電流密度、腐蝕時(shí)間、硅片的類型和電阻率等，因此，有大量的研究工作集中在研究陽極腐蝕參數(shù)對多孔硅特性的影響，獲得一些有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律。但急需解決的瓶頸問題之一是多孔硅膜（尤其是厚膜多孔硅）物理微結(jié)構(gòu)不均勻性和光學(xué)特性不穩(wěn)定，限制其廣泛應(yīng)用。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，多孔硅材料的特性如多孔度、折射率、物理厚度、均勻性、表面和界面平整度、孔徑和微結(jié)構(gòu)等強(qiáng)烈依賴于陽極腐蝕參數(shù)，這些腐蝕參數(shù)包括腐蝕液的組成成分、腐蝕電流的密度、腐蝕時(shí)間、硅片的類型和電阻率等。從已有的文獻(xiàn)得出如下結(jié)論：在恒電流密度的腐蝕條件下，隨腐蝕深度的增加，多孔度變大或折射率變小，導(dǎo)致多孔硅沿縱向方向物理結(jié)構(gòu)的不均勻和光學(xué)特性的不穩(wěn)定，也導(dǎo)致多孔硅多層膜界面的界面性能和平整性變差?，F(xiàn)階段，為了制備得到多孔硅物理結(jié)構(gòu)均勻性的多孔硅膜，一般采用遞減腐蝕電流密度的方法等來改善多孔硅縱向物理結(jié)構(gòu)均勻性，這些方法雖然改善了多孔硅縱向物理結(jié)構(gòu)均勻性，但增加了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的復(fù)雜性，且光學(xué)特性穩(wěn)定性有待進(jìn)一步改善。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服目前采用遞減腐蝕電流密度法等對多孔硅均勻性處理所帶來的設(shè)備復(fù)雜性、光學(xué)特性穩(wěn)定性有待進(jìn)一步改善的不足，本發(fā)明的目的是提供一種提高多孔硅縱向物理結(jié)構(gòu)均勻性和光學(xué)特性穩(wěn)定性的新方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種提高多孔硅縱向物理結(jié)構(gòu)均勻性和光學(xué)特性穩(wěn)定性的方法，其特征在于，該方法是在腐蝕電路中串聯(lián)一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器作為控制開關(guān)，在制備多孔硅過程中，控制恒流腐蝕電流脈沖寬度逐漸減小，多孔硅孔內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物加速向孔外擴(kuò)散，而HF加速向孔內(nèi)擴(kuò)散，從而使多孔硅孔內(nèi)特別是孔底的HF更容易恢復(fù)到初始平衡狀態(tài)，造成向下腐蝕能力增強(qiáng)，引起多孔硅的厚度明顯增加，多孔度明顯減小，因此，在其他條件相同的條件下，恒流腐蝕電流脈沖寬度越小，多孔硅的多孔度越小。在制備多孔硅過程中，一方面，由于恒流腐蝕電流脈沖寬度逐漸減小，多孔硅的多孔度變小，多孔硅的多孔度在縱向方向上有變小的趨勢；另一方面，在恒電流密度的腐蝕條件下，隨腐蝕深度的增加，多孔度變大或折射率變小，在一定條件下，二者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，從而導(dǎo)致多孔硅的多孔度在縱向方向上保持一致。優(yōu)選地，在腐蝕時(shí)間內(nèi)，上述脈沖調(diào)制信號脈沖寬度從占空比95%減小到60%-90%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備的有益效果：通過在腐蝕電路中串聯(lián)一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器作為控制開關(guān)，控制恒流腐蝕電流脈沖寬度逐漸減銷，一方面，孔內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物加速向孔外擴(kuò)散，而HF加速向孔內(nèi)擴(kuò)散，從而使孔內(nèi)特別是孔底的HF更容易恢復(fù)到初始平衡狀態(tài)，造成向下腐蝕能力增強(qiáng)，引起多孔硅的厚度明顯增加或多孔度減小，導(dǎo)致多孔硅的多孔度在縱向方向上有變小的趨勢；另一方面，由于在恒電流密度的腐蝕條件下，隨腐蝕深度的增加，多孔度變大或折射率變小，在一定條件下，二者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，從而導(dǎo)致多孔硅多孔度在縱向方向上保持一致；同時(shí)，由于恒流腐蝕電流脈沖寬度逐漸減小，導(dǎo)致多孔硅內(nèi)表面硅氫鍵中的氫原子容易與溶液中的其他離子置換形成穩(wěn)定鍵，增加了多孔硅薄膜光學(xué)特性的穩(wěn)定性。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。以下所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明做其他形式的限制，任何本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員可能利用本發(fā)明公開的技術(shù)內(nèi)容加以變更為同等變化的等效實(shí)施例。故凡是未脫離本發(fā)明方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以下實(shí)施例做簡單修改或等同變化，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。實(shí)施例一本發(fā)明的這種能改善多孔硅縱向物理結(jié)構(gòu)均勻性和光學(xué)特性穩(wěn)定性的方法，具體包括如下步驟：1、連接好電路：即在腐蝕槽內(nèi)放有腐蝕液，在腐蝕槽內(nèi)的一端設(shè)有硅片，在腐蝕槽內(nèi)的另一端設(shè)有鉑片，硅片和鉑片浸泡在腐蝕液中，在腐蝕槽外設(shè)有恒流源；恒流源是通過TekVisaAFG3101任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的，該恒流源的正極通過導(dǎo)線與硅片連接，恒流源的負(fù)極通過導(dǎo)線與鉑片連接，工作時(shí)，電流源的正負(fù)極通過腐蝕液形成電流回路。電路中串聯(lián)一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器作為控制開關(guān)，調(diào)制信號頻率為10Hz，在4min腐蝕期間，脈沖寬度從占空比95%減小到85%。2、選用類型為P100、電阻率為0.01Ω.cm的硅片作為電化學(xué)腐蝕的陽極，薄鉑片作為電化學(xué)腐蝕的陰極；硅片和薄鉑片全部浸沒在電解腐蝕液中進(jìn)行電腐蝕，腐蝕時(shí)間為4min，電解腐蝕液是按氫氟酸：無水乙醇和去離子水以體積比為1:1:2配制的。3、為了研究問題的方便，我們選擇了兩組實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)參數(shù)和對應(yīng)的數(shù)據(jù)如下：編號腐蝕電流（mA/cm2）腐蝕時(shí)間(Min)多孔度多孔硅厚度(μm)⑴5450%~1.35⑵10452%~2.504、根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合上述的實(shí)驗(yàn)條件，得到所形成的兩片多孔硅膜的多孔度分別約為50%、52%，厚度大約分別為1.35μm、2.50μm；5、制備完畢后，使用去離子水沖洗，最后在空氣中干燥；6、多孔硅樣品通過反射譜、光致發(fā)光譜和SEM進(jìn)行分析研究；7、檢驗(yàn)合格后即為成品。實(shí)施例二本實(shí)施例的這種能改善多孔硅縱向物理結(jié)構(gòu)均勻性和光學(xué)特性穩(wěn)定性的方法，具體包括如下步驟：1、連接好電路：即在腐蝕槽內(nèi)放有腐蝕液，在腐蝕槽內(nèi)的一端設(shè)有硅片，在腐蝕槽內(nèi)的另一端設(shè)有鉑片，硅片和鉑片浸泡在腐蝕液中，在腐蝕槽外設(shè)有恒流源；恒流源是通過TekVisaAFG3101任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的，該恒流源的正極通過導(dǎo)線與硅片連接，恒流源的負(fù)極通過導(dǎo)線與鉑片連接，工作時(shí)，電流源的正負(fù)極通過腐蝕液形成電流回路。電路中串聯(lián)一個(gè)脈沖寬度調(diào)制器作為控制開關(guān)，信號頻率為20Hz，在3min腐蝕期間，脈沖寬度從占空比95%減小到88%。2、選用類型為P100、電阻率為0.01Ω.cm的硅片作為電化學(xué)腐蝕的陽極，薄鉑片作為電化學(xué)腐蝕的陰極；硅片和薄鉑片全部浸沒在電解腐蝕液中進(jìn)行電腐蝕，腐蝕時(shí)間為3min，電解腐蝕液是按氫氟酸：無水乙醇和去離子水以體積比為1:1:2配制的。3、為了研究問題的方便，我們選擇了兩組實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)參數(shù)和對應(yīng)的數(shù)據(jù)如下：編號腐蝕電流（mA/cm2）腐蝕時(shí)間(Min)多孔度多孔硅厚度(μm)⑴10351%~1.8⑵15353%~2.64、根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)條件，得到所形成的兩片多孔硅膜多孔度分別約為51%、53%，厚度大約分別為1.8μm、2.6μm；5、制備完畢后，使用去離子水沖洗，最后在空氣中干燥；6、多孔硅樣品通過反射譜、光致發(fā)光譜和SEM進(jìn)行分析研究；7、檢驗(yàn)合格后即為成品。當(dāng)前第1頁1 2 3