硅电极在电抛光区刻蚀研究.pdfVIP

C047 硅电极在电抛光区的刻蚀研究 刘峰名 薛样峰 任 斌 田中群* 厦门大学化学系.固体表面物理化学国家重点实验室，厦门361005 尽管硅材料己得到了半导体工业中最系统的研究和最广泛的应用，但随着各 种研究方法的发展以及在硅材料上的拓宽，人们可以在半导体硅上发现更多的具 有科学意义和应用背景的性质。自从电化学方法成功用于制备多孔硅材料以来， 在处理硅基材料方面，电化学方法以其操作简单、成本较低的特点逐渐受到人们 的重视。HF酸溶液是湿法处理硅片的最基本溶液，硅电极在HF酸中的电化学行 为主要分为三个阶段:氢析出区，多孔硅形成区和电抛光区1【]。人们一般在氢析 出区研究水的电解，但在此电位区间，硅本身的结构并不发生变化.由于多孔硅 在光电子器件和传感器等领域具有广泛的应用背景，硅在多孔硅形成区的电化学 行为是近几年研究的热门之一。在多孔硅形成区域，硅的刻蚀是各向异性的，硅 的表面在刻蚀过程中逐渐纳米化并出现量子约束效应。除研究硅的氧化和电化学 振荡外，人们很少研究硅在电抛光区的性质。一般认为，其刻蚀是各向同性的， 但亦有不少相悖的实验事实。因而，其刻蚀的机理和可能的应用还有待进一步的 研究。 本工作主要基于硅在电抛光区的电化学行为，选择合适的机械抛光预处理和 电抛光电流制备比较有序的颗粒状或者三角孔洞状的硅表面，其颗粒或孔洞尺寸 大于通常的能光致发光的多孔硅，但这种表面不仅具有独特的光学性质，如增强 的拉曼效应，并且由于基本保持了单晶硅结构，它还具有稳定的化学性质。 将硅片(n-Si(111)，-100-cm)切成Sx5mm，并在其背面涂上In/Ga合金以形 成导电良好的欧姆结。然后，将连有铜导线的铜片和欧姆结固定在一起，固化后， 再用环氧树脂将其包封在聚四氟棒内。制备好的硅电极先进行适度的机械抛光， 然后在H2SO4:H202二1:4溶液中超声清洗。最后，转移到HF:C2H50H:H2O=1 1:3溶液中进行电抛光处理。 图1(a)是电抛光后的电极表面AFM图。从图中可见，刻蚀后的硅表面呈现 排列有序的三角形孔洞.我们发现C2H50H的浓度可以影响孔的大小和密度。三 角形的刻蚀图象是Si(111)晶面所特有的，其解释主要是基于各晶面的刻蚀速度的 差异和硅氢键的空间效应[21然而，已有的文献结果基本上是基于温和的化学刻 C047 蚀过程或者弱阴极极化下的刻蚀过程[2.3] 图1(a)中硅电极的机械抛光是先后在4#,6#金相砂纸和5pin,l}tm,0.31tm 氧化铝粉上进行的，然而，如果将硅电极仅从4#抛光至6#金相砂纸或者5pm氧 1 廷 化铝粉，其电抛光的表面却是均匀的颗粒状，如图1(b)所示。这种表面上的拉曼 ￡ 仁 ‘ 杏 卜 I 强度 (520.6cm-)是单晶硅上的10倍，如果考虑所刻蚀掉的硅原子和晶面变化， L t