CN103151424A - 一种用改进化学镀工艺在多孔硅表面制备金属电极的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用改进化学镀工艺在多孔硅表面制备金属电极的方法，涉及半导体光电子材料与器件技术领域，其包括以下步骤：①多孔硅表面化学镀前处理；②采用化学镀工艺；③对含金属电极的多孔硅进行干燥处理；④对含金属电极的多孔硅进行快速退火处理；⑤采用光刻工艺将金属电极刻蚀成指定电极形状，完成电极制备。本发明利用化学镀的自催化镀膜原理，通过改良的化学镀工艺，以多孔硅独特的多孔面为基础，在不采用敏化活化工艺的前提下完成多孔硅的化学镀，在多孔硅表面形成一层附着力良好、结合强度高的金属电极，能提高金属电极与多孔硅表面的结合力、降低接触电阻。

Description

一种用改进化学镀工艺在多孔硅表面制备金属电极的方法
技术领域
本发明涉及半导体光电子材料与器件技术领域，具体涉及一种多孔硅表面金属电极的制备方法。
背景技术
自Uhlir于1956年通过对单晶硅片进行电抛光而发现多孔硅（Porous Silicon）以来，学者们便开始了对多孔硅的深入研究。Pickering于1984年首次在低温下观察到多孔硅的可见光致发光现象，Canham则于1990年在室温下观测到了多孔硅高效率（>1％）的可见光致发光（红色）现象。1996年，Hirschman等人集多孔硅发光管和平面晶体管于一体，制成了一个光电子集成发光阵列，这是多孔硅光电子集成的首例，是一个重大突破，表明多孔硅用于光电子集成器件的可行性。这些研究成果表明基于多孔硅的光电子器件具有广阔的应用前景。
传统的硅基薄膜电极制备，通常采用真空热蒸发和磁控溅射的方法。但是，由于多孔硅表面及内部存在大量的孔洞和尖锥状结构，造成很高的孔隙率和表面态密度，这将极大地降低多孔硅与金属的电接触性能。例如：1、大量孔洞的存在将使金属与多孔硅之间的附着力减弱，并导致金属只在多孔硅的外表面接触，可能产生较高的接触电阻；2、很高的表面态密度可能引起表面费米能级的钉扎效应，产生阻挡电流的势垒，导致接触电阻进一步增高，并表现出整流特性。大量的研究结果表明，通过传统的蒸发和溅射工艺，很难得到具有低接触电阻和欧姆接触特性的“金属/半导体”接触。
为了得到接触电阻低、附着力强且稳定的多孔硅与金属电极之间的优良电接触，需要解决的根本问题是：能否选择新的金属电极沉积工艺和材料，使沉积金属颗粒充分渗透、填充多孔硅的孔洞和空隙，以达到在金属与多孔硅之间形成优良电接触的目的。
化学镀是一种在无电流通过的情况下，金属离子在同一溶液中还原剂的作用下，通过可控的氧化还原反应在具有催化表面的镀件上还原成金属，从而在镀件表面上获得金属沉积层的过程，也称自催化镀或无电镀。化学镀最突出的优点是无论镀件表面形状多么复杂，只要溶液能深入的地方即可获得厚度均匀的镀层，且容易控制镀层厚度。与电镀相比，化学镀具有镀层厚度均匀、针孔少、不需直流电源设备、能在非导体镀件表面上沉积的特点。
本发明涉及的是一种改良的化学镀工艺，能在多孔硅表面均匀、稳定地形成一层附着力良好、结合强度高的金属电极，以提高金属/半导体电接触质量。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是：能否选择新的金属电极沉积工艺和材料，使沉积金属颗粒充分渗透、填充多孔硅的孔洞和空隙，以达到金属与多孔硅之间结合强度较高、镀层不易脱落和形成优良电接触的目的。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用改进化学镀工艺在多孔硅表面制备金属电极的方法，其特征在于，包括以下步骤：
①多孔硅表面化学镀前处理：首先采用HF水溶液去除多孔硅表面氧化层，然后用去离子水清洗；
②采用化学镀工艺：在经①化学镀前处理的多孔硅表面上沉积一层金属电极，所述金属电极成分为Ni-P合金或Ni-B合金，厚度为0.5~2μm；
③对含金属电极的多孔硅进行干燥处理；
④对含金属电极的多孔硅进行快速退火处理；
⑤采用光刻工艺将金属电极刻蚀成指定电极形状，完成电极制备。
作为本发明更进一步的改进：在步骤①中所述HF的水溶液成分为HF：H2O=2:1，反应时间为10s。
作为本发明更进一步的改进：在步骤②中所述金属电极成分为Ni-P合金，则化学镀液组成为NiSO4·6H2O: 20g/L、NaH2PO2: 30g/L、Na3C6H5O7: 10g/L和NH4Cl: 30g/L；所述金属电极成分或为Ni-B合金，则化学镀液组成为NiCl2·6H2O: 25g/L~30g/L、KBH4: 0.5g/L ~3g/L、乙二胺55ml/L ~70ml/L；最后使用28%的氨水将化学镀液PH调节至11，反应温度为35℃，反应时间为30min。
作为本发明更进一步的改进：在步骤③中所述干燥处理温度为100~120℃，干燥设备为电烘烤箱。
作为本发明更进一步的改进：在步骤④中所述快速退火处理温度为300~500℃，在氩气气氛下退火30s~1min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
一、本发明利用化学镀的自催化镀膜原理，通过改良的化学镀工艺，以多孔硅独特的多孔面为基础，在不采用敏化活化工艺的前提下完成多孔硅的化学镀，在多孔硅表面形成一层附着力良好、结合强度高的金属电极，能提高金属电极与多孔硅表面的结合力、降低接触电阻；
二、本发明可用于基于多孔硅的光电探测器和太阳能电池，能有效提高器件效率及响应速度且制备工艺简单、成本较低。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。
一种用改进化学镀工艺在多孔硅表面制备金属电极的方法，其特征在于，包括以下步骤：①多孔硅表面化学镀前处理：首先采用HF水溶液去除多孔硅表面氧化层，然后用去离子水清洗；②采用化学镀工艺：在经①化学镀前处理的多孔硅表面上沉积一层金属电极，所述金属电极成分为Ni-P合金或Ni-B合金，厚度为0.5~2μm；③对含金属电极的多孔硅进行干燥处理；④对含金属电极的多孔硅进行快速退火处理；⑤采用光刻工艺将金属电极刻蚀成指定电极形状，完成电极制备。
实施例一  以Ni-P合金作为金属电极的多孔硅表面金属电极的制备方法。
步骤1：多孔硅表面化学镀前处理：首先采用HF的水溶液去除多孔硅表面氧化层，HF的水溶液成分为HF:H2O=2:1，反应时间为10s，之后用去离子水进行清洗。步骤2：化学镀Ni-P合金，相应的化学镀液组成为NiSO4·6H2O: 20g/L、NaH2PO2: 30g/L、Na3C6H5O7: 10g/L和NH4Cl: 30g/L。使用28%的氨水将化学镀液PH调节至11，反应温度为35℃，反应时间为30min。化学镀结束后，将样品用去离子水清洗干净，并放入电烤箱干燥，干燥温度为110℃。步骤3：快速退火，在温度300~500℃和氩气气氛条件下，退火30s~1min。步骤4：采用光刻工艺将金属电极刻蚀成指定电极形状，完成电极制备。
实施例二  以Ni-B合金作为金属电极的多孔硅表面金属电极的制备方法。
步骤1：同实施例1的步骤1。
步骤2：化学镀Ni-B合金，相应的化学镀液组成为NiCl2·6H2O: 25g/L~30g/L、KBH4: 0.5g/L ~3g/L、乙二胺55ml/L ~70ml/L。使用28%的氨水将化学镀液PH调节至11，反应温度为35℃，反应时间为30min。化学镀结束后，将样品用去离子水清洗干净，并放入电烤箱干燥，干燥温度为110℃。步骤3~4同实施例1的步骤3~4。
以上仅是本发明众多具体应用范围中的代表性实施例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用变换或是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用改进化学镀工艺在多孔硅表面制备金属电极的方法，其特征在于，包括以下步骤：
①多孔硅表面化学镀前处理：首先采用HF水溶液去除多孔硅表面氧化层，然后用去离子水清洗；
②采用化学镀工艺：在经①化学镀前处理的多孔硅表面上沉积一层金属电极，所述金属电极成分为Ni-P合金或Ni-B合金，厚度为0.5~2μm；
③对含金属电极的多孔硅进行干燥处理；
④对含金属电极的多孔硅进行快速退火处理；
⑤采用光刻工艺将金属电极刻蚀成指定电极形状，完成电极制备。
2.根据权利要求1所述的用改进化学镀工艺在多孔硅表面制备金属电极的方法，其特征在于，作为本发明更进一步的改进：在步骤①中所述HF的水溶液成分为HF：H2O=2:1，反应时间为10s。
3.根据权利要求1所述的用改进化学镀工艺在多孔硅表面制备金属电极的方法，其特征在于，在步骤②中所述金属电极成分为Ni-P合金，则化学镀液组成为NiSO4·6H2O:20g/L、NaH2PO2: 30 g/L、Na3C6H5O7 :10g/L和NH4Cl: 30 g/L；所述金属电极成分为Ni-B合金，则化学镀液组成为NiCl2·6H2O：25 g/L~30 g/L、KBH4：0.5 g/L ~3 g/L、乙二胺55 ml/L ~70ml/L；最后使用28%的氨水将化学镀液PH调节至11，反应温度为35℃，反应时间为30min。
4.根据权利要求1所述的用改进化学镀工艺在多孔硅表面制备金属电极的方法，其特征在于，在步骤③中所述干燥处理温度为100~120℃，干燥设备为电烘烤箱。
5.根据权利要求1所述的用改进化学镀工艺在多孔硅表面制备金属电极的方法，其特征在于，在步骤④中所述快速退火处理温度为300~500℃，在氩气气氛下退火30s~1min。
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