專利名稱：一種用改進化學鍍工藝在多孔硅表面制備金屬電極的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體光電子材料與器件技術領域，具體涉及一種多孔硅表面金屬電極的制備方法。
背景技術：
自Uhlir于1956年通過對單晶娃片進行電拋光而發(fā)現(xiàn)多孔娃(Porous Silicon)以來，學者們便開始了對多孔硅的深入研究。Pickering于1984年首次在低溫下觀察到多孔娃的可見光致發(fā)光現(xiàn)象，Canham則于1990年在室溫下觀測到了多孔娃高效率(>1%)的可見光致發(fā)光(紅色)現(xiàn)象。1996年，Hirschman等人集多孔硅發(fā)光管和平面晶體管于一體，制成了一個光電子集成發(fā)光陣列，這是多孔娃光電子集成的首例，是一個重大突破，表明多孔硅用于光電子集成器件的可行性。這些研究成果表明基于多孔硅的光電子器件具有廣闊的應用前景。傳統(tǒng)的硅基薄膜電極制備，通常采用真空熱蒸發(fā)和磁控濺射的方法。但是，由于多孔硅表面及內(nèi)部存在大量的孔洞和尖錐狀結(jié)構(gòu)，造成很高的孔隙率和表面態(tài)密度，這將極大地降低多孔硅與金屬的電接觸性能。例如:1、大量孔洞的存在將使金屬與多孔硅之間的附著力減弱，并導致金屬只在多孔硅的外表面接觸，可能產(chǎn)生較高的接觸電阻；2、很高的表面態(tài)密度可能引起表面費米能級的釘扎效應，產(chǎn)生阻擋電流的勢壘，導致接觸電阻進一步增高，并表現(xiàn)出整流特性。大量的研究結(jié)果表明，通過傳統(tǒng)的蒸發(fā)和濺射工藝，很難得到具有低接觸電阻和歐姆接觸特性的“金屬/半導體”接觸。為了得到接觸電阻低、附著力強且穩(wěn)定的多孔硅與金屬電極之間的優(yōu)良電接觸，需要解決的根本問題是:能否選擇新的金屬電極沉積工藝和材料，使沉積金屬顆粒充分滲透、填充多孔硅的孔洞和空隙，以達到在金屬與多孔硅之間形成優(yōu)良電接觸的目的。化學鍍是一種在無電流通過的情況下，金屬離子在同一溶液中還原劑的作用下，通過可控的氧化還原反應在具有催化表面的鍍件上還原成金屬，從而在鍍件表面上獲得金屬沉積層的過程，也稱自催化鍍或無電鍍?；瘜W鍍最突出的優(yōu)點是無論鍍件表面形狀多么復雜，只要溶液能深入的地方即可獲得厚度均勻的鍍層，且容易控制鍍層厚度。與電鍍相t匕，化學鍍具有鍍層厚度均勻、針孔少、不需直流電源設備、能在非導體鍍件表面上沉積的特點。本發(fā)明涉及的是一種改良的化學鍍工藝，能在多孔硅表面均勻、穩(wěn)定地形成一層附著力良好、結(jié)合強度高的金屬電極，以提高金屬/半導體電接觸質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明要解決的技術問題是:能否選擇新的金屬電極沉積工藝和材料，使沉積金屬顆粒充分滲透、填充多孔硅的孔洞和空隙，以達到金屬與多孔硅之間結(jié)合強度較高、鍍層不易脫落和形成優(yōu)良電接觸的目的。為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:一種用改進化學鍍工藝在多孔硅表面制備金屬電極的方法，其特征在于，包括以下步
驟:
①多孔硅表面化學鍍前處理:首先采用HF水溶液去除多孔硅表面氧化層，然后用去離子水清洗；
②采用化學鍍工藝:在經(jīng)①化學鍍前處理的多孔硅表面上沉積一層金屬電極，所述金屬電極成分為N1-P合金或N1-B合金，厚度為0.5^2 μ m ；
③對含金屬電極的多孔硅進行干燥處理；
④對含金屬電極的多孔硅進行快速退火處理；
⑤采用光刻工藝將金屬電極刻蝕成指定電極形狀，完成電極制備。作為本發(fā)明更進一步的改進:在步驟①中所述HF的水溶液成分為HF:H20=2: 1，反應時間為10s。作為本發(fā)明更進一步的改進:在步驟②中所述金屬電極成分為N1-P合金，則化學鍍液組成為 NiSO4.6H20: 20g/L、NaH2PO2: 30g/L、Na3C6H5O7:1OgA^PNH4Cl: 30g/L ;所述金屬電極成分或為N1-B合金，則化學鍍液組成為NiCl2.6H20: 25g/L 30g/L、KBH4: 0.5g/L 3g/L、乙二胺55ml/L 70ml/L ;最后使用28%的氨水將化學鍍液PH調(diào)節(jié)至11，反應溫度為35 °C，反應時間為30min。作為本發(fā)明更進一步的改進:在步驟③中所述干燥處理溫度為10(T12(TC，干燥設備為電烘烤箱。作為本發(fā)明更進一步的改進:在步驟④中所述快速退火處理溫度為30(T50(TC，在IS氣氣氛下退火30s lmin。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
一、本發(fā)明利用化學鍍的自催化鍍膜原理，通過改良的化學鍍工藝，以多孔硅獨特的多孔面為基礎，在不采用敏化活化工藝的前提下完成多孔硅的化學鍍，在多孔硅表面形成一層附著力良好、結(jié)合強度高的金屬電極，能提高金屬電極與多孔硅表面的結(jié)合力、降低接觸電阻；
二、本發(fā)明可用于基于多孔硅的光電探測器和太陽能電池，能有效提高器件效率及響應速度且制備工藝簡單、成本較低。


圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的描述?！N用改進化學鍍工藝在多孔娃表面制備金屬電極的方法，其特征在于，包括以下步驟:①多孔硅表面化學鍍前處理:首先采用HF水溶液去除多孔硅表面氧化層，然后用去離子水清洗；②采用化學鍍 工藝:在經(jīng)①化學鍍前處理的多孔硅表面上沉積一層金屬電極，所述金屬電極成分為N1-P合金或N1-B合金,厚度為0.5^2 μ m ;③對含金屬電極的多孔硅進行干燥處理對含金屬電極的多孔硅進行快速退火處理；⑤采用光刻工藝將金屬電極刻蝕成指定電極形狀，完成電極制備。
實施例一以N1-P合金作為金屬電極的多孔娃表面金屬電極的制備方法。步驟1:多孔硅表面化學鍍前處理:首先采用HF的水溶液去除多孔硅表面氧化層，HF的水溶液成分為HF:H20=2:1，反應時間為10s，之后用去離子水進行清洗。步驟2:化學鍍N1-P 合金，相應的化學鍍液組成為 NiSO4.6H20: 20g/L、NaH2PO2: 30g/L、Na3C6H5O7: 10g/L和NH4Cl: 30g/L。使用28%的氨水將化學鍍液PH調(diào)節(jié)至11，反應溫度為35°C，反應時間為30min?；瘜W鍍結(jié)束后，將樣品用去離子水清洗干凈，并放入電烤箱干燥，干燥溫度為110°C。步驟3:快速退火，在溫度30(T5(KrC和氬氣氣氛條件下，退火30s lmin。步驟4:采用光刻工藝將金屬電極刻蝕成指定電極形狀，完成電極制備。實施例二以N1-B合金作為金屬電極的多孔娃表面金屬電極的制備方法。步驟1:同實施例1的步驟I。步驟2:化學鍍N1-B合金，相應的化學鍍液組成為NiCl2.6H20: 25g/L 30g/L、KBH4: 0.5g/L 3g/L、乙二胺55ml/L 70ml/L。使用28%的氨水將化學鍍液PH調(diào)節(jié)至11，反應溫度為35°C，反應時間為30min?；瘜W鍍結(jié)束后，將樣品用去離子水清洗干凈，并放入電烤箱干燥，干燥溫度為110°C。步驟3 4同實施例1的步驟3 4。以上僅是本發(fā)明眾多具體應用范圍中的代表性實施例，對本發(fā)明的保護范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用變換或是等效替換而形成的技術方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用改進化學鍍工藝在多孔硅表面制備金屬電極的方法，其特征在于，包括以下步驟: ①多孔硅表面化學鍍前處理:首先采用HF水溶液去除多孔硅表面氧化層，然后用去離子水清洗； ②采用化學鍍工藝:在經(jīng)①化學鍍前處理的多孔硅表面上沉積一層金屬電極，所述金屬電極成分為N1-P合金或N1-B合金，厚度為0.5^2 μ m ； ③對含金屬電極的多孔硅進行干燥處理； ④對含金屬電極的多孔硅進行快速退火處理； ⑤采用光刻工藝將金屬電極刻蝕成指定電極形狀，完成電極制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用改進化學鍍工藝在多孔硅表面制備金屬電極的方法，其特征在于，作為本發(fā)明更進一步的改進:在步驟①中所述HF的水溶液成分為HF:H20=2:1，反應時間為10s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用改進化學鍍工藝在多孔硅表面制備金屬電極的方法，其特征在于，在步驟②中所述金屬電極成分為N1-P合金，則化學鍍液組成為NiSO4.6Η20:20g/L、NaH2PO2: 30 g/L,Na3C6H5O7:10g/L 和 NH4Cl: 30 g/L ;所述金屬電極成分為 N1-B 合金，則化學鍍液組成為 NiCl2.6Η20:25 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%的氨水將化學鍍液PH調(diào)節(jié)至11，反應溫度為35°C，反應時間為30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用改進化學鍍工藝在多孔硅表面制備金屬電極的方法，其特征在于，在步驟③中所述干燥處理溫度為10(T12(TC，干燥設備為電烘烤箱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用改進化學鍍工藝在多孔硅表面制備金屬電極的方法，其特征在于，在步驟④中所述快速退火處理溫度為30(T500°C，在氬氣氣氛下退火30iTlmin。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用改進化學鍍工藝在多孔硅表面制備金屬電極的方法，涉及半導體光電子材料與器件技術領域，其包括以下步驟①多孔硅表面化學鍍前處理；②采用化學鍍工藝；③對含金屬電極的多孔硅進行干燥處理；④對含金屬電極的多孔硅進行快速退火處理；⑤采用光刻工藝將金屬電極刻蝕成指定電極形狀，完成電極制備。本發(fā)明利用化學鍍的自催化鍍膜原理，通過改良的化學鍍工藝，以多孔硅獨特的多孔面為基礎，在不采用敏化活化工藝的前提下完成多孔硅的化學鍍，在多孔硅表面形成一層附著力良好、結(jié)合強度高的金屬電極，能提高金屬電極與多孔硅表面的結(jié)合力、降低接觸電阻。
文檔編號C23C18/36GK103151424SQ20131007769
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者李偉, 余峰, 王垠, 廖家科, 郭安然, 蔣亞東 申請人:電子科技大學