CN104505408A - 晶体硅纳米孔阵列材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明晶体硅纳米孔阵列材料及其制备方法，具体指一种工艺简单、具有大面积的、周期性的纳米尺寸的空阵列晶体硅材料的制备技术，涉及周期性纳米结构半导体器件制备技术领域。材料为厚度400～500μm，单面抛光的晶体硅，纳米孔径为200～500nm,孔径间距500nm，空洞深度可控范围500～1500nm。包括准备晶体硅预刻蚀样品，制备单层聚苯乙烯纳米球，缩小聚苯乙烯纳米球尺寸，沉积金属镍，去除聚苯乙烯纳米球和刻蚀硅片，去除金属镍，去离子水冲净，然后用N2吹干等步骤。本发明通过自组装单层聚苯乙烯纳米球制备金属镍膜，以此为掩膜用于反应离子刻蚀。相较电化学腐蚀，得到孔径更规则统一，可保证大面积周期性等优点。
Description
技术领域
本发明涉及周期性纳米结构半导体器件制备技术领域，具体指一种工艺简单、具有大面积的、周期性的纳米尺寸的空阵列晶体硅材料的制备技术。
背景技术
具有规则周期性的亚波长纳米尺寸结构的晶体硅，可以有效减少光反射，减少载流子复合，因此晶体硅的微结构调制已广泛应用于太阳能电池、光电探测器等半导体领域。具有严格周期性纳米结构的硅材料，相比传统的非周期性多孔硅材料，具有更好的减反特性及其它类光栅光学性质。但规则周期性的生产带来了较高的成本问题和技术限制。1956年，Arthur Uhlir Jr.和Ingebory Uhlir在贝尔实验室偶然发现了多孔硅。后人陆续通过电化学腐蚀、金属辅助刻蚀等方法制造出纳米尺寸的微结构硅材料。2013年Nanoscale ResearchLetter上由日本课题组Hidetaka Asoh发表的文章通过先制备多孔铝阳极，再利用金属—辅助化学刻蚀方法制备出了孔径低于100nm的周期性硅阵列结构。但是这一方法工艺复杂，垂直性差；而且过程中使用了贵金属和HF这带来了成本与安全等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服工艺复杂的现状，提出一种具有大面积的周期性纳米尺寸的孔阵列晶体硅材料的制备方法。
本发明为一种周期性晶体硅纳米孔阵列材料，其特点，包含利用纳米球光刻工艺与反应离子刻蚀技术在厚度400～500μm，单面抛光的晶体硅上制备周期性纳米孔阵列。
其中，所述纳米孔径范围为200～500nm,孔径间距500nm，空洞深度可控范围500～1500nm.
本发明一种晶体硅纳米孔阵列材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1,准备晶体硅预刻蚀样品。
步骤2,将稀释过的聚苯乙烯溶液滴在洁净的抛光硅片上(或足够光滑的玻璃片上)，在空气中晾干；然后将硅片慢慢浸入水中，聚苯乙烯纳米球形成的薄膜漂浮在水面上；最后用待沉积的硅片托起漂浮的薄膜，置于空气中自然晾干；单层膜即沉积在了硅片上。利用此方法在洗净的硅片抛光面制备单层紧排列的直径500nm的聚苯乙烯纳米球。
步骤3,用反应离子刻蚀的方法缩小聚苯乙烯纳米球尺寸，功率40W，氧气流量40sccm,反应气压9.8Pa，刻蚀时间330s。
步骤4,用磁控溅射的方法在上述样品同一面沉积约200nm厚的金属镍。
步骤5,用反应离子刻蚀的方法去除聚苯乙烯纳米球，功率40W，氧气流量80sccm,反应气压9.8Pa，刻蚀时间900s。
步骤6,用反应离子刻蚀的方法刻蚀硅片，刻蚀气体SF6流量70sccm,气压5Pa,功率200W,刻蚀时间1200s。
步骤7,将样品经泡在盐酸中900s，去除金属镍。
步骤8,将样品用去离子水冲净，然后用N2吹干，即获得所述的晶体硅纳米孔阵列。
如上所述，本发明一种基于晶体硅周期性纳米孔阵列材料的制备方法，通过自组装单层聚苯乙烯纳米球制备金属镍膜，以此为掩膜用于反应离子刻蚀。相较电化学腐蚀，此方法得到的孔径更规则统一，可保证大面积周期性等优点。对于其衍生器件的制备带来了便利。
附图说明
图1为本发明一种晶体硅纳米孔阵列材料的制备流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述
本发明一种晶体硅纳米孔阵列材料的制备方法(如附图1)，包括如下步骤：
步骤1,准备晶体硅预刻蚀样品。
所述样品为晶圆尺寸为100cm2,单面抛光，由严格半导体工艺清洗后得到并经预刻蚀样品由晶圆片切割2cm×2cm方形片，再5％氢氟酸水溶液浸泡600s除去表面氧化层。
步骤2,利用自组装方法在洗净的硅片抛光面制备单层紧排列的直径500nm的聚苯乙烯纳米球。
步骤3,用反应离子刻蚀的方法缩小聚苯乙烯纳米球尺寸，功率40W，氧气流量40sccm,反应气压9.8Pa，刻蚀时间330s。
步骤4,用磁控溅射的方法在上述样品同一面沉积约200nm厚的金属镍。
步骤5,用反应离子刻蚀的方法去除聚苯乙烯纳米球，功率40W，氧气流量80sccm,反应气压9.8Pa，刻蚀时间900s。
步骤6,用反应离子刻蚀的方法，刻蚀气体SF6流量70sccm,气压5Pa,功率200W,刻蚀时间1200s。
步骤7,将样品经泡在盐酸中900s，去除金属镍。
步骤8,将样品用去离子水冲净，然后用N2吹干，即获得所述的晶体硅纳米孔阵列。
如上所述，本发明一种基于晶体硅周期性纳米孔阵列材料的制备方法，通过自组装单层聚苯乙烯纳米球制备金属镍膜，以此为掩膜用于反应离子刻蚀。相较电化学腐蚀，此方法得到的孔径更规则统一，可保证大面积周期性等优点。对于其衍生器件的制备带来了便利。
Claims (8)
1.一种晶体硅周期性纳米孔阵列材料，其特征在于，包含基于晶体硅衬底，厚度为400～500nm，单面抛光，结合纳米球光刻与反应离子刻蚀在硅片抛光面制备纳米孔阵列。
2.如权利要求1所述的晶体硅周期性纳米孔阵列材料，其特征在于，所述晶体硅衬底晶圆片为晶锭经定向、切割、单面抛光得到的工业化晶片，面积为100cm2。
3.如权利要求1所述的晶体硅周期性纳米孔阵列材料，其特征在于，所述纳米孔径范围为300～500nm，孔间距为500nm,空洞深度范围为500～1500nm,刻蚀面积可达15cm2。
4.如权利要求1所述的晶体硅周期性纳米孔阵列材料，其特征在于，所述纳米球光刻，即在硅面上制备单层直径500nm的聚苯乙烯纳米球。
5.如权利要求1所述的晶体硅周期性纳米孔阵列材料，其特征在于，用反应离子刻蚀的方法，用氧气缩减聚苯乙烯纳米球。
6.如权利要求1所述的晶体硅周期性纳米孔阵列材料，其特征在于，用磁控溅射方法沉积金属镍，用做反应离子刻蚀的掩膜。
7.如权利要求1所述的晶体硅周期性纳米孔阵列材料，其特征在于，用反应离子刻蚀SF6气体作为刻蚀气体，刻蚀晶体硅。
8.如权利要求1所述的晶体硅周期性纳米孔阵列材料的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤1，准备晶体硅预刻蚀样品；
步骤2，利用自组装方法在洗净的硅片抛光面制备单层紧排列的直径500nm的聚苯乙烯纳米球；
步骤3，用反应离子刻蚀的方法缩小聚苯乙烯纳米球尺寸，功率40W，氧气流量40sccm,反应气压9.8Pa，刻蚀时间330s；
步骤4，用磁控溅射的方法在上述样品同一面沉积约200nm厚的金属镍；
步骤5，用反应离子刻蚀的方法去除聚苯乙烯纳米球，功率40W，氧气流量80sccm，反应气压9.8Pa，刻蚀时间900s；
步骤6，用反应离子刻蚀的方法，刻蚀气体SF6流量70sccm,气压5Pa，功率200W，刻蚀时间1200s；
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