CN105439083A - 一种基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，按如下步骤：(1)、配比腐蚀液：腐蚀液由HF溶液、H2O2溶液和AgNO3溶液均匀混配而成；(2)、将步骤(1)的腐蚀液放入反应釜中，反应釜置于超声发生器形成的超声驻波场中，开启超声波电源，形成超声驻波场；(3)、将清洗后的单晶硅硅片放入反应釜中，腐蚀时间30-60min后，得到单晶硅微纳结构阵列。本发明将超声驻波场与传统的金属辅助化学腐蚀法结合，使反应过程中的金属催化剂颗粒在超声驻波场声辐射力的作用下积聚在超声驻波点，使金属催化剂颗粒呈线性阵列分布在单晶硅表面，随着腐蚀反应的进行，单晶硅表面会形成规则的微纳结构阵列。
Description
技术领域
本发明属于微纳加工技术领域，具体涉及一种基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法。
背景技术
硅作为一种重要的半导体材料广泛应用于传感器、太阳能电池、MEMS等领域，具有十分重要的作用。目前在单晶硅上制备微纳米结构的方法主要有气-液-固(VLS)方法、反应离子腐蚀法、点化学腐蚀法以及金属辅助化学腐蚀法等。其中，金属辅助化学腐蚀法性价高，加工方法简单易行，制备微纳结构容易控制，且加工质量高。因此，目前被广泛应用。但是，金属辅助化学腐蚀法具有随机性，制备规则微纳结构操作复杂，性价比低。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法。本发明基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，其利用超声波驻波场，使驻波点附近的颗粒在声辐射力的作用下聚集在驻波点，因而，金属辅助化学腐蚀在驻波点腐蚀制备出微纳结构阵列，该方法简单易行、性价比高，利于工业化生产。
在金属腐蚀化学腐蚀过程中，金属催化剂颗粒的腐蚀路径即为加工路径。因此，在腐蚀制备过程中添加超声驻波场，如图1所示驻波场中粒子受力运动示意图，驻波点处的声辐射力和驻波场压力最小，驻波点周围的粒子受在声辐射力的作用下向驻波点运动，最后聚集在超声驻波点。如图2所示，聚乙烯颗粒在超声驻波场中呈线性阵列分布。同样金属催化剂颗粒在声辐射力的作用下积聚在驻波点，并发生局部原电池反应腐蚀单晶硅，从而可以实现硅微纳结构阵列的制备。
本发明具体操作步骤如下：
一种基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，按如下步骤：
(1)、配比腐蚀液：腐蚀液由HF溶液、H2O2溶液和AgNO3溶液均匀混配而成；
(2)、将步骤(1)的腐蚀液放入反应釜中，反应釜置于超声发生器形成的超声驻波场中，开启超声波电源，形成超声驻波场；
(3)、将清洗后的单晶硅硅片放入反应釜中，腐蚀时间30-60min后，得到单晶硅微纳结构阵列。在原子力显微镜下(如图3、图4)可以看到线性分布的硅微纳结构阵列。
优选的，反应釜为塑料反应釜。
优选的，腐蚀液由质量分数10％的HF溶液、质量分数0.06％的H2O2溶液和浓度为0.03mol/L的AgNO3溶液均匀混配而成。
优选的，HF溶液、H2O2溶液和AgNO3溶液的体积比为5:2:3。
优选的，步骤(2)，超声波频率20k赫兹。
优选的，步骤(3)，单晶硅硅片在反应釜中腐蚀时间30-60min，得到单晶硅微纳结构阵列。
本发明还公开了另一种技术方案：一种基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，按如下步骤：
(1)、配比腐蚀液：腐蚀液由HF溶液和H2O2溶液均匀混配而成；
(2)、将步骤(1)的腐蚀液放入反应釜中，反应釜置于超声发生器形成的超声驻波场中，开启超声波电源，形成超声驻波场；
(3)、将镀银的单晶硅硅片放入反应釜中，腐蚀时间30-60min后，得到单晶硅微纳结构阵列。在原子力显微镜下(如图3、图4)可以看到线性分布的硅微纳结构阵列。
优选的，反应釜为塑料反应釜。
优选的，腐蚀液由质量分数10％的HF溶液和质量分数0.06％的H2O2溶液均匀混配而成。
优选的，HF溶液和H2O2溶液的体积比为5:2。
优选的，步骤(2)，超声波频率20k赫兹。
优选的，步骤(3)，单晶硅硅片在反应釜中腐蚀时间30-60min，得到单晶硅微纳结构阵列。
本发明将超声驻波场与传统的金属辅助化学腐蚀法结合，使反应过程中的金属催化剂颗粒在超声驻波场声辐射力的作用下积聚在超声驻波点，使金属催化剂颗粒呈线性阵列分布在单晶硅表面，随着腐蚀反应的进行，单晶硅表面会形成规则的微纳结构阵列。
本发明中的腐蚀液、超声波发生器以及器材均可以从商业途径获得。反应过程在室温下进行。对于单晶硅晶向、电阻率以及其它物理性质均无要求。
附图说明
图1为驻波场中粒子受力运动示意图。
图2为聚乙烯在超声驻波场中线性阵列分布。
图3为原子力显微镜下的硅微纳结构阵列三维图。
图4为原子力显微镜下的硅微纳结构阵列二维图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
以下各实施例中，硅材料选用电阻率为0.001-30Ω/cm2的N型体硅或P型体硅。氢氟酸质量浓度为10％，双氧水质量浓度0.06％，硝酸银摩尔浓度0.03mol/L，水为去离子水，超声波频率均为20K赫兹。本发明中的材料未经特殊说明均为常规材料，可以从商业途径获得，所用试剂也为常规工业试剂。
实施例1
将塑料反应釜置于超声发生器形成的超声驻波场中，腐蚀液由HF溶液、H2O2溶液和AgNO3溶液组成，体积比为5:2:3。打开超声波电源，将洁净的单晶硅硅片放入反应釜中，在室温下腐蚀时间30-60min后取出清洗烘干，得到硅微纳结构阵列。
实施例2
将成由腐蚀液的反应釜置于超声驻波场中，腐蚀液由HF溶液和H2O2溶液组成，体积比为5:2。打开超声波电源，将通过磁控溅射方式镀银的硅片放入反应釜中，在室温下腐蚀时间30-60min后取出清洗烘干，得到硅微纳结构阵列。
实施例3
将成由腐蚀液的反应釜置于超声驻波场中，腐蚀液由HF溶液和H2O2溶液组成，体积比为5:2。打开超声波电源，将通过化学镀银的硅片放入反应釜中，在室温下腐蚀时间30-60min后取出清洗烘干，得到硅微纳结构阵列。
本发明基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，其将传统的金属辅助化学腐蚀法与超声驻波场相结合，在超声驻波场中，金属辅助化学腐蚀中的金属催化剂颗粒在声辐射力的作用下，在驻波点积聚从而形成局部定向腐蚀制备出规则的微纳结构阵列。该方法简单易行，利于工业化生产，在太阳能电池、微机电系统、精密传感器等领域具有重要的应用价值。
Claims (10)
1.一种基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，其特征是按如下步骤：
(1)、配比腐蚀液：腐蚀液由HF溶液、H2O2溶液和AgNO3溶液均匀混配而成；
(2)、将步骤(1)的腐蚀液放入反应釜中，反应釜置于超声发生器形成的超声驻波场中，开启超声波电源，形成超声驻波场；
(3)、将清洗后的单晶硅硅片放入反应釜中，腐蚀时间30-60min后，得到单晶硅微纳结构阵列。
2.如权利要求1所述的基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，其特征是：腐蚀液由质量分数10％的HF溶液、质量分数0.06％的H2O2溶液和浓度为0.03mol/L的AgNO3溶液均匀混配而成。
3.如权利要求1或2所述的基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，其特征是：HF溶液、H2O2溶液和AgNO3溶液的体积比为5:2:3。
4.如权利要求1所述的基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，其特征是：步骤(2)，超声波频率20k赫兹。
5.如权利要求1所述的基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，其特征是：步骤(3)，单晶硅硅片在反应釜中腐蚀时间30-60min，得到单晶硅微纳结构阵列。
6.一种基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，其特征是按如下步骤：
(1)、配比腐蚀液：腐蚀液由HF溶液和H2O2溶液均匀混配而成；
(2)、将步骤(1)的腐蚀液放入反应釜中，反应釜置于超声发生器形成的超声驻波场中，开启超声波电源，形成超声驻波场；
(3)、将镀银的单晶硅硅片放入反应釜中，腐蚀时间30-60min后，得到单晶硅微纳结构阵列。
7.如权利要求6所述的基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，其特征是：腐蚀液由质量分数10％的HF溶液和质量分数0.06％的H2O2溶液均匀混配而成。
8.如权利要求6或7所述的基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，其特征是：HF溶液和H2O2溶液的体积比为5:2。
9.如权利要求6所述的基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，其特征是：步骤(2)，超声波频率20k赫兹。
10.如权利要求6所述的基于超声驻波场制备硅微纳结构阵列的方法，其特征是：步骤(3)，单晶硅硅片在反应釜中腐蚀时间30-60min，得到单晶硅微纳结构阵列。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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