超声波频率对化学蚀刻工艺有什么影响

引言

在这项工作中，超声增强化学腐蚀被用来制作多孔硅层。通过使用HF溶液和HNO3在p型(111)取向硅中制备多孔硅层。发现超声波改善了p型硅上多孔硅层的结构。用这种方法可以制作品质因数高得多的多孔硅微腔。由超声波蚀刻引起的质量提高可归因于氢气泡和其它蚀刻化学物质从多孔硅柱表面逃逸的速率增加。该效应归因于自由空穴载流子浓度的有效变化。超声波已导致表明可能在键合结构的变化，并增加氧化。此外，在超声波处理和微观结构之间建立了相关性。

介绍

多孔硅是一种新型材料，在硅基光电器件中的应用引起了人们的关注。全世界都在努力开发其独特的可见光致发光(PL)和电致发光(EL)特性以用于新的应用。需要详细研究的PS的一个重要性质是由于其大的表面积和表面缺陷而与化学物质的高反应性。单位面积取决于制造条件，这种材料的体积范围可以从几平方米/立方厘米到200平方米/立方厘米。

许多研究人员已经对PS的各种应用性能进行了研究。使用液体接触时观察到有效EL的事实表明，液体的存在会影响电性能。另一个有趣的方面是使用各种技术实现硅表面的显著电子钝化。通过将体硅简单地浸入氟化氢(HP)中，已经实现了非常低的表面复合速度值，导致表面复合中心< 108 cm-2。这主要归因于没有悬挂键的表面的完全氢终止。

结果

通过在(HF和HNO3)溶液中使用从30到50 W的不同us激发的化学蚀刻来制造硅的多孔层。超声增强蚀刻工艺使得蚀刻剂和硅晶片之间的反应在硅孔中沿垂直方向比横向进行得更快(各向异性系数(孔的平均深度/孔的平均宽度)从7.31增加到158.4)。

其样品的AFM图像如图1 (a) - (c)所示。样品A、B和C的PS层厚度分别为500、1000和1250 nm。在相同的有效刻蚀时间下，可以得到两个明显的结论:(1)样品的PS层厚度通过超声波蚀刻制备的样品(样品B和C)大于通过通常技术(非超声波)蚀刻制备的样品(样品A)。(2)样品C的硅孔在表面法线方向上最连续，并且具有均匀的分布和最小的直径。

通过AFM测量三个样品的光滑度，如图1所示。显微照片中显示的最明显的现象是，从样品C到样品A，硅柱尺寸增加，而均匀性降低。四个样品的表面粗糙度均方根(RMS)值分别为17.324纳米(样品A)、9.505纳米(样品B)和3.779纳米(样品C)。

结论

总之，我们提出了一种超声增强化学腐蚀方法来制作PS层。表面研究原子力显微镜(AFM)显示，当其他蚀刻参数不变时，超声蚀刻产生更厚且更均匀的PS层，具有比非超声化学蚀刻更小的硅孔。

AFM观察进一步证实了结构性能的改善，这可以通过PS形成机制，尤其是超声空化来解释。PS单层和PS微腔的研究表明，超声刻蚀优化了样品的特性。超声腐蚀与常规腐蚀相结合，获得了质量最好的样品技巧。这种新的刻蚀方法是制备PS材料，特别是PS多层膜的一种非常有效的技术，为实现PS材料的应用开辟了一条可行的途径。

审核编辑：符乾江