CN104733302B

CN104733302B - 一种非光刻技术制备倒金字塔结构硅表面的方法

Info

Publication number: CN104733302B
Application number: CN201310708219.2A
Authority: CN
Inventors: 王富国; 张俊彦
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2018-06-08
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: CN104733302A

Abstract

本发明公开了一种非光刻技术制备倒金字塔结构硅表面的方法。本发明首先采用氢氟酸乙醇溶液中电化学刻蚀的方法在N型单晶硅表面制备多孔硅覆盖的倒金字塔结构界面，然后采用碱性溶液浸泡的方法去掉多孔硅层获得倒金字塔结构表面。获得的金字塔结构是由四个{111}晶面构成的倒金字塔结构，其尺寸在0.5‑15um范围内。

Description

一种非光刻技术制备倒金字塔结构硅表面的方法

技术领域

本发明涉及一种非光刻技术制备倒金字塔结构硅表面的方法，特别涉及一种以电化学法制备倒金字塔结构单晶硅表面的快速、有效、成本低廉的方法。

背景技术

光刻技术是一种在光掩膜的帮助下通过曝光、显影在光刻胶上构建几何图形，然后通过刻蚀将这种几何图形转移到基底上的一种技术。这种技术常用于半导体集成电路和微电子机械系统，常见的有：紫外光光刻技术，X光光刻技术，电子束光刻技术等等。随着科技的进步这种技术的分辨率也在不断提高，微米、纳米尺度的各种复杂图案都可以通过这种技术实现。比如，远紫外光刻技术是一种曝光波长达到11-13nm的紫外光光刻技术，它的临界制备尺寸在70nm左右。但是，这种技术所用的各种光源、光掩膜、光阻胶等部件或者材料都比较昂贵；而且需要先在光阻胶上制备各种图案，其中包括曝光和显影两个过程，然后通过化学、等离子体刻蚀转移到基底表面，这个过程比较复杂、时间消耗严重。因此，光刻技术存在成本高、过程复杂、效率低的缺点。

单晶硅表面倒金字塔结构在太阳能电池减返、微流体器件、生物芯片、仿生功能表面等方面应用广泛。比如在太阳能电池中，直射到电池板上的光线经过金字塔表面的两次反射共吸收约89%的能量，反射11%左右的能量。此外，在科学研究中通过倒金字塔结构表面复制制备金字塔结构对于仿生功能表面研究也很重要。现阶段单晶硅表面倒金字塔结构的制备通常是通过光刻技术实现的。其中，倒金字塔结构尺寸（即底面尺寸）是通过光刻技术来精确控制的，而四个{111}面实际上是通过各向异性刻蚀试剂（如：KOH、NaOH）的后续刻蚀来获得的。目前，还没有一种简单、高效、成本较低的方法，特别是一种可以实现大面积制备的方法。

众所周知，单晶硅在HF溶液中的化学刻蚀为各向同性刻蚀，而在KOH、NaOH等碱性溶液的刻蚀为各向异性刻蚀，因此单晶硅表面倒金字塔结构一般是在碱性溶液中获得的。然而，在HF溶液中的电化学刻蚀为各向异性刻蚀。比如（100）单晶硅在HF溶液中的电化学刻蚀优先在<100>方向上发生，但得到是一层平整的多孔硅薄膜，偶尔在大孔硅（macroporoussilicon）薄膜中孔的顶端才会有倒金字塔形结构的出现。这种情况的出现给我们提供一种可能，就是通过电化学刻蚀的方法在单晶硅表面制备倒金字塔结构。

发明内容

本发明目的是在于提供一种非光刻技术制备倒金字塔结构硅表面的方法。

本发明首先采用氢氟酸（HF）溶液中电化学刻蚀的方法在N型单晶硅表面制备多孔硅覆盖的倒金字塔结构界面，然后采用碱性溶液浸泡的方法去掉多孔硅层获得倒金字塔结构表面。

一种非光刻技术制备倒金字塔结构硅表面的方法，其特征在于该方法将N型（100）单晶硅片在丙酮中超声清洗，然后固定到一个正方体形聚四氟乙烯（PTFE）刻蚀槽的一侧，槽上有孔，单面刻蚀，正极接硅片，负极接石墨片，在紫外灯背光照射条件下，氢氟酸（HF）乙醇溶液中进行电化学刻蚀，将电化学刻蚀后的硅片从PTFE刻蚀槽取下，在室温条件下放入NaOH溶液中除掉多孔层。

本发明获得的金字塔结构是由四个{111}晶面构成的倒金字塔结构，其尺寸在0.5-15um范围内。

本发明对比已有技术具有以下优点：

1、使用电化学刻蚀技术，而非光刻技术。

2、在HF溶液中电化学刻蚀单晶硅获得倒金字塔结构界面。

3、相对复杂、耗时、成本较高的光刻技术，电化学方法简单、高效、成本较低。

4、通过刻蚀设备尺寸的调整，可以实现大面积制备。

附图说明

图1本发明所用电化学刻蚀法制备倒金字塔结构单晶硅表面的过程示意图。

图2本发明所制备的倒金字塔结构硅表面的侧面电子扫描显微镜照片。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，通过以下实施例进行说明。

实施例1：

将N型（100）单晶硅片在丙酮中超声清洗，然后固定到一个正方体形PTFE刻蚀槽的一侧（槽上有孔，单面刻蚀），正极接硅片，负极接石墨片。在紫外灯背光照射条件下，在HF乙醇溶液中进行电化学刻蚀。将电化学刻蚀后的硅片从PTFE刻蚀槽取下，在室温条件下放入NaOH溶液中除掉多孔层即可。

图1所示电化学刻蚀法制备倒金字塔结构单晶硅表面的过程示意图表明，所用电化学刻蚀法和后续多孔层去除过程都很简单、方便，而且成本低廉。

图2所示电子扫描显微镜结果表明，硅表面倒金字塔结构的轮廓清晰可见，分布均匀，尺寸在8µm以内。

Claims

1.一种非光刻技术制备倒金字塔结构硅表面的方法，其特征在于该方法将N型100单晶硅片在丙酮中超声清洗，然后固定到一个正方体形聚四氟乙烯，刻蚀槽的一侧，槽上有孔，单面刻蚀，正极接硅片，负极接石墨片，在紫外灯背光照射条件下，氢氟酸乙醇溶液中进行电化学刻蚀，将电化学刻蚀后的硅片从PTFE刻蚀槽取下，在室温条件下放入NaOH溶液中除掉多孔层；获得的金字塔结构是由四个{111}晶面构成的倒金字塔结构，其尺寸在0.5-15μm范围内。