【正文】 的均勻性。但是，電化學(xué)腐蝕法制備出來的多孔硅也存在腐蝕不均勻、機(jī)械強(qiáng)度不高、發(fā)光不穩(wěn)定、發(fā)光效率低等問題。圖2 單槽電化學(xué)腐蝕電解槽示意圖電化學(xué)腐蝕法最大的優(yōu)點(diǎn)是工藝比較成熟，研究人員對腐蝕液成分、電流密度、溫度、偏壓等制備參數(shù)對樣品的孔隙率、膜厚、孔徑、光致發(fā)光等特性的影響已經(jīng)有了比較充分的研究。得到的多孔硅表面顏色一般為褐色、深藍(lán)色或不均勻的彩色[9]。電化學(xué)腐蝕法里又可分為單槽電化學(xué)腐蝕法和雙槽電化學(xué)腐蝕法(如圖2)。陽極腐蝕法也稱為電化學(xué)腐蝕法，因其將多孔硅作為陽極，故又稱陽極氧化法。制備工藝和條件包括:電解槽的結(jié)構(gòu)形式、腐蝕液成分和濃度、硅片本身性質(zhì)、陽極氧化時的電流密度、光照條件、后處理和保存條件等。多孔硅的制備方法[8]有很多，一般采用的是陽極腐蝕法、水熱腐蝕法、火花放電法和化學(xué)腐蝕法(也稱為染色法)。在這種腐蝕過程中，量子效應(yīng)具有決定性的作用。其孔徑特征尺寸在幾個納米左右。納米孔硅((NanoPorous Silicon)由隨機(jī)分布的納米尺度的硅晶粒組成，呈現(xiàn)出海綿狀的結(jié)構(gòu)。這種多孔硅的宏觀表面很光滑，可以在上面沉積,以及金屬薄膜，沉積方法與體硅表面制備技術(shù)相同?？讖匠叽缭谖⒚讛?shù)量級。 (a)在空穴協(xié)助下形成SiF鍵 (b)有兩個SiF鍵形成的時候，就有一個產(chǎn)生 （c）SiSi鍵盤斷裂的同時與形成 (d) 繼續(xù)反應(yīng)被溶解圖1多孔硅反應(yīng)過程圖多孔硅薄膜材料因其孔徑尺寸和孔隙率的不同，表現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)和形貌特征，可分為具有孔和柱狀結(jié)構(gòu)的大孔徑多孔硅、介孔硅和納米孔硅，它們的制備方法也不盡相同。此時，多孔硅只能在孔底優(yōu)先生長，從而形成“海綿”狀多孔多孔硅。對于孔底，電子、空穴的勢能分布遵從半導(dǎo)體/溶液界面的一般規(guī)律，空穴源不斷的到達(dá)孔底，使位于孔底的硅原子不斷溶解掉；而對于孔壁，隨著孔的壁尺寸變小，生成了納米量級的硅量子線。由于，該處的硅原子被溶解掉，界面向硅內(nèi)部擴(kuò)展，改變了外電場分布，有利于空穴向表面運(yùn)動，從而使單晶硅不斷溶解。當(dāng)該硅原子形成兩個鍵SiF就有一個氫分子放出，如圖1(b)所示。但是孔壁一旦出現(xiàn)凹處，也會增強(qiáng)腐蝕，從而形成樹枝權(quán)狀結(jié)構(gòu)。體硅中，一個擴(kuò)散長度內(nèi)的空穴，不斷產(chǎn)生并向Si/HF酸溶液界面擴(kuò)散，這是維持腐蝕過程不斷進(jìn)行的前提。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，孔與孔之間的壁層變薄，當(dāng)壁層厚度小于耗盡層厚度時，壁層中空穴耗盡致使壁層溶解停止。Beale假設(shè)，陽極腐蝕反應(yīng)初始時刻，反應(yīng)不是在整個表面同時進(jìn)行，而是從密布的小孔開始。硅原子在HF酸溶液中被腐蝕掉需要有空穴參與。反應(yīng)過程方程式如下： （1） （2） （3） 總反應(yīng)式為: （4）式中代表空穴。一般認(rèn)為，多孔硅的生成過程比較復(fù)雜，目前仍不完全清楚，大多研究人員較為贊同的一種觀點(diǎn)是:多孔硅的形成是由于HF酸中離子在硅半導(dǎo)體中空穴的協(xié)助下，攻擊SiH鍵及SiSi鍵。電化學(xué)陽極氧化通常情況下是一種拋光過程，陽極樣品的凸出部分在電場的作用下會最先受到腐蝕，樣品表面逐漸脫落，起到拋光的作用。直到1990，Canham將多孔硅在HF溶液中進(jìn)一步腐蝕數(shù)小時后[3]，用藍(lán)光或紫外光照射多孔硅材料，在室溫條件下觀察到了很強(qiáng)的紅光，從而改變了硅不能用于光電子領(lǐng)域的傳統(tǒng)觀念，展示了把微電子和光電子集成于同一硅片上的可能性。20世紀(jì)80年代后期，由于大規(guī)模集成電路的高度發(fā)展，其器件已趨向物理極限，發(fā)展光電子集成的迫切性增大。2多孔硅基本原理與概述早在1956年貝爾實(shí)驗(yàn)室的Uhlir就首先發(fā)現(xiàn)硅在HF酸中經(jīng)電化學(xué)腐蝕會形成多孔硅[1]，并對其微結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)做了大量的研究，但對其光學(xué)性質(zhì)研究不夠。有恒電流模式和恒電壓模式兩種,一般多采用恒電流模式,因?yàn)楹汶娏髂Ｊ侥軌蚋玫乜刂芇S的厚度和孔隙度,重復(fù)性好。其中，電化學(xué)腐蝕法是多孔硅制備中使用最早也最為廣泛的一種。國內(nèi)，浙江大學(xué)鄔建敏課題組也處于該領(lǐng)域前列?？梢宰鳛橐环N新型的可見光發(fā)光材料，對人們有很大吸引力。 photoluminescence目 錄1 引言 12 多孔硅基本原理與概述 1 多孔硅發(fā)展歷史 1 Beale耗盡模型 2 擴(kuò)散限制模型 2 量子限制模型 2 多孔硅的分類 4 多孔硅的制備方法 5 陽極腐蝕法 5 水熱腐蝕法 6 火花放電法 7 化學(xué)腐蝕法 7 多孔硅的應(yīng)用 73 多孔硅制備的實(shí)驗(yàn)過程 8 儀器和試劑 8 單晶硅片清洗 8 多孔硅制備 8 多孔硅表面處理 9 陽極氧化表面處理法 10 陰極還原表面處理法 104 多孔硅的微結(jié)構(gòu)研究 10 制備多孔硅的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比 10 多孔硅微表面和橫截面形貌研究 11 多孔硅AFM表面形貌研究 12 多孔硅表面三維形貌研究 12 多孔硅表面二維形貌研究 13 多孔硅SEM截面形貌研究 15 多孔硅SEM表面形貌研究 185 多孔硅光電特性的分析 19 概述 19 多孔硅的光致發(fā)光. 20 多孔硅發(fā)光譜研究 20 多孔硅發(fā)光機(jī)理 21結(jié)束語 23參考文獻(xiàn) 24致謝 2525多孔硅的制備與表征1引言多孔硅（PS）是一種具有納米多孔結(jié)構(gòu)的材料，可以通過晶體硅或非晶硅在氫氟酸中進(jìn)行陽極氧化來獲得。 electrochemical method。本論文研究了多孔硅的制備技術(shù)和表征，用比較簡單且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方法制備了多孔硅，并比較了在不同條件下制得的多孔硅形貌特征和結(jié)構(gòu)差異。同時，多孔硅作為一種硅基納米發(fā)光材料，由于具有與現(xiàn)有硅芯片集成容易、研制成本低以及發(fā)射光均勻、多色等優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外科學(xué)家廣泛研究，現(xiàn)已成為20世紀(jì)90年代以來硅基納米材料的主要代表。多孔硅的制備與表征多孔硅的制備與表征[摘要]多孔硅（Porous Si）是一種具有納米多孔結(jié)構(gòu)的材料，可以通過晶體硅或非晶硅在氫氟酸中進(jìn)行陽極氧化來獲得。多孔硅由于原料儲備大，制作工藝簡單，是一種很有潛力的材料。本論文在進(jìn)行大量的文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上，對多孔硅的發(fā)展歷史、形成機(jī)理、分類方法、制備方法及應(yīng)用方向等進(jìn)行了簡要概述。[關(guān)鍵詞]多孔硅；電化學(xué)方法；結(jié)構(gòu)；光致發(fā)光Preparation and Characterization of the Porous SiliconElectronic Information Engineering Specialty SI WenfangAbstract: Porous silicon(PS) is a material with nanoporous structure. It can be obtained through the crystalline silicon or amorphous silicon anodic oxidation in hydrofluoric acid. Because of its big raw materials reserve and simple manufacturing process, porous silicon is a potential material. At the same time, as a siliconbased material with lightemitting function, porous silicon has been widely researched by scientists all of the world and bees a represent of siliconbased nanometer materials because of its merits, such as easy integrating with silicon chips, low cost, several colors light emitting etc. Based on a lot of literature investigation, the