專利名稱：在soi上制備多孔硅的方法
技術領域：
本發(fā)明是在SOI上制備多孔硅材料的一種新方法。
背景技術：
目前，多孔硅由于其巨大的面表比、良好的生物兼容性和獨特的光學性質，使得其在生物傳感、全硅光電子器件、環(huán)境監(jiān)測以及納米材料生長等領域有著巨大的應用潛力。制備多孔硅的方法主要分為電化學腐蝕和非電化學陽極腐蝕兩大類，非電化學腐蝕有水熱腐蝕法，火花腐蝕法和化學浸蝕法等，電化學陽極腐蝕包括恒壓法和恒電流法。制備多孔硅最基本的方法是采用恒流的陽極電化學腐蝕法，一種以單晶硅片作陽極，鉬片作陰極，以適當的電流在氫氟酸和酒精的混合液中進行恒定電流氧化，在硅片表面即形成多孔硅的技術， 該技術工藝較成熟且工藝簡單，因而得到廣泛的應用。研究人員又將此方法進行優(yōu)化，應用雙槽進行腐蝕，采用脈沖電流進行腐蝕，調整脈沖的占空比，選擇合適的溫度，外加超聲等， 這使得制備的多孔硅尺寸均勻，腐蝕結構規(guī)則。近年來，基于絕緣體上硅SOI (Silicon On Insulator)襯底的光波導發(fā)展迅速，目前已研制出多種基于SOI材料的集成光波導器件，如陣列波導光柵，光開關等。SOI材料不僅具有良好的波導性能和電學性能，而且其制作工藝成熟，低制造成本，目前已商品化，同時SOI光波導技術具有與CMOS電路工藝兼容。近幾年，不僅有基于SOI光波導的生物傳感器的研究報道，還有基于SOI的光子晶體波導傳感器，特別是光子晶體波導生物傳感器的研究報道。由于納米多孔硅是優(yōu)異生物材料，如能在SOI材料上制備出納米多孔硅光波導或光子晶體，則可制備出高靈敏度的光生物傳感器，成為今后開發(fā)生物傳感器陣列芯片的途徑之一。但是傳統(tǒng)的電化學腐蝕法需要將硅片的背面作電極，所以無法在SOI硅片上制備多孔硅。用化學浸蝕和氣相刻蝕的方法雖然可以在SOI硅片上制備多孔硅，但是無法制備出多層的多孔硅，而且也不易控制。如果對傳統(tǒng)的電化學腐蝕工藝加以改進，不但可以豐富多孔硅的制備方法，還可以在SOI硅片上制備多孔硅光子帶隙結構傳感器。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是開發(fā)一種簡單實用，效果良好的能在SOI硅片上進行的電化學制備多孔硅材料的方法。本發(fā)明通過改變加載電流的方式，即加載橫向電流進行電化學腐蝕制備多孔硅材料。此方法簡單，將單面拋光的潔凈硅片放入自行設計的雙槽腐蝕槽中(如附圖3，該腐蝕槽豎直放置，分內外兩個槽)，內外槽間用墊片將拋光面分成兩個區(qū)域，一個作為腐蝕區(qū)域與HF腐蝕液接觸，一個作為電極與導電液接觸，在內腐蝕槽中加入少量含HF的腐蝕液，外槽中裝入普通導電液，為腐蝕槽接上電極，然后用信號發(fā)生器為反應過程提供電流，此時硅片的背面不再作為電極，待腐蝕硅片的同面的墊片外部區(qū)域作為電極，橫向電流為腐蝕提供所需的空穴。改變電流密度和時間，可以制備多層多孔硅。本發(fā)明在很大程度上解決了以往電化學腐蝕方法不能在SOI硅片上進行電化學腐蝕的缺點。采用本方法制備的多孔硅和傳統(tǒng)方法制備的多孔硅表明形貌相似(見附圖1 和附圖2)，經過大量實驗，證明橫向電流進行電化學腐蝕制備多孔硅是一種有效的新方法。


圖1是傳統(tǒng)陽極電化學腐蝕法在普通硅片上得到的樣品SEM圖。圖2是橫向電流陽極電化學腐蝕法在SOI硅片上得到的樣品SEM圖。 圖3為橫向電流電化學腐蝕多孔硅的結構示意圖。圖中1是雙槽腐蝕裝置，2是導電液，3是HF腐蝕液，4是螺栓，5是墊片，6是待腐蝕硅片。
具體實施例方式采用橫向電流制備多孔硅的過程如下，將待腐蝕硅片切成Icm2的小塊放入雙槽腐蝕槽中，將墊片壓緊，此時腐蝕區(qū)域和作電極的區(qū)域已經被密封圈隔離開。在腐蝕槽中加HF 電解液和導電溶液，如果是N型硅片，則加光照，P型硅片則不加光照，由LABVIEW軟件控制的壓控恒流源提供腐蝕電流。通過調節(jié)電流的大小和時間，可以在SOI硅片上制備得到單層或多層的多孔硅。
權利要求
1.一種基于施加橫向電流進行電化學腐蝕制備多孔硅材料的新方法，該方法通過密封圈將待腐蝕硅片分成內外兩個區(qū)域，內側是腐蝕區(qū)域，外區(qū)域做電極，由計算機控制的信號發(fā)生器提供反應電流，其特征是可以在SOI硅片上進行電化學腐蝕。
2.根據權利要求1所述的橫向電流電化學腐蝕方法，其特征在于待腐蝕硅片先用丙酮和去離子水在超聲環(huán)境中清洗10-20分鐘。
3.根據權利要求1所述的橫向電流電化學腐蝕方法，其特征在于電流在待腐蝕硅片的同一側進行傳導。
4.根據權利要求1所述的橫向電流電化學腐蝕方法，其特征在于導電液需要浸沒硅片，以確保電接觸良好。
全文摘要
一種基于橫向電流的電化學腐蝕制備多孔硅材料的新方法。該方法通過墊片(密封圈)將腐蝕面分成內外兩個區(qū)域，在外區(qū)域施加正電流，內區(qū)域為負極，進行陽極電化學腐蝕。調節(jié)不同電流和腐蝕時間，可以在SOI硅片上制備單層或多層多孔硅。此方法利用成熟的電化學腐蝕工藝，采用的制備方法簡單，成本低廉，具有一定的推廣價值。
文檔編號C25F3/12GK102383177SQ201010266478
公開日2012年3月21日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權日2010年8月30日
發(fā)明者呂小毅, 江濤, 莫家慶, 賈振紅, 鐘福如 申請人:新疆大學