湿法刻蚀制备黑硅及性能研究

摘要

黑硅作为一种新型硅材料，其在可见光及近红外区域具有极高的光吸收率，所以它在太阳能电池及光探测器领域有巨大的应用前景，因此近年来得到了业界的广泛关注，其制备方法和性能也成为当前研究热点。目前正在研究的黑硅材料的制备的方法多样，但是都有各自的不足，本文提供了一种制备黑硅材料的新方法，即采用两种湿法刻蚀相结合来制备黑硅，其具有方法简单易行，操作可控性强等优点。本文还研究了制备黑硅材料过程中不同实验参数对样品性能的影响,初步制备出黑硅材料的光电探测器,并探讨了基于黑硅材料的光探测器的性能：
　　1，通过光刻在硅片表面形成直径与间距比为2μm：2μm的圆形掩膜，研究了不同掩膜材料对后续刻蚀的影响。
　　2，通过KOH溶液对硅片进行刻蚀，刻蚀后会在样品表面形成尖锥形貌，通过SEM对刻蚀后的硅片表面形貌进行表征，研究了刻蚀后形貌和晶面晶向间的关系，测试了样品的光吸收率曲线，刻蚀深度对样品光吸收率有着很大影响，碱刻蚀后样品光吸收率最高可以达到84％。
　　3，利用氯金酸，双氧水，HF，去离子水混合溶液对碱刻蚀后的硅片表面尖锥进行腐蚀改性，酸处理会样品尖锥表面形成多孔形貌，这样制备黑硅样品的光吸收率可以达到96%。
　　4，测试了黑硅样品与不同刻蚀方法处理后的硅片的光吸收率曲线，分析了不同刻蚀方法对硅片光吸收率的影响。
　　5，探索了黑硅材料在光电探测方面的应用，在黑硅表面设计了MSM结构叉指电极，研究了在黑硅不平整表面制备电极的光刻工艺，初步制备出黑硅材料的光电探测器。
　　6，初步探索了基于黑硅材料的MSM结构光电探测器的光电性能。分析了利用黑硅材料制备的MSM结构光电探测器的暗电流、光电流，探讨了器件的光电探测灵敏度和量子效率等性能指标。

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第一章 引 言

1.1黑硅的发展及概况

1.2黑硅的制备方法

1.3黑硅的性能和应用前景

1.4黑硅的研究现状

1.5 本文研究的内容和意义

第二章 湿法刻蚀的原理

2.1 各向异性刻蚀的原理

2.2 各向同性刻蚀的原理

第三章 实验方案的设计和参数的选择

3.1 实验方案的设计

3.2光刻制备Si3N4掩膜

3.3 硅片的碱刻蚀

3.4硅片酸处理

第四章 黑硅的形貌及光吸收率研究

4.1 测试设备的介绍

4.2 碱刻蚀对硅片表面形貌的改变和光吸收率的影响

4.3 酸处理对硅片表面形貌的改变和光吸收率的影响

4.4 不同刻蚀方法对硅片表面吸收率的影响

4.5 本章小结

第五章 黑硅的光电性能的研究

5.1电极的设计

5.2样品的制备

5.3黑硅的光电性能测试

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1 实验结论

6.2未来展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果