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引言
本文采用超聲增強化學蝕刻技術(shù)制備了多孔硅層，利用高頻溶液和硝酸技術(shù)在p型取向硅中制備了多孔硅層。超聲檢測發(fā)現(xiàn)p型硅多孔硅層的結(jié)構(gòu)，用該方法可以制備質(zhì)量因子的多孔硅微腔，超聲波蝕刻所導致的質(zhì)量的提高可歸因于氫氣泡和其他蝕刻的化學物質(zhì)從多孔硅柱表面逃逸率的增加。這種效應是由于自由孔載流子濃度的有效變化所致。超聲波顯示，這可能導致了鍵合結(jié)構(gòu)的改變和氧化作用的增加，并建立了超聲處理與微觀結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性。
在本研究中，我們報道了在超聲波處理的作用下，通過無靜電蝕刻技術(shù)在各種晶片上生長的多孔硅層的結(jié)構(gòu)性能。我們進行了系統(tǒng)的實驗，以確定它們對多孔硅形成的影響。AFM（原子力顯微鏡）和FTIR測量已用于樣品的后續(xù)分析。
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實驗
化學蝕刻采用p型取向硅，分別在(HF：硝酸：水）中（1：1：2)制備多孔硅層，采用超聲增強（頻率22kHz，US功率30W或50W)化學蝕刻溶液，刻蝕時間為20min。用原子力顯微鏡(AFM)JEOLJSM-IC25S研究了PS的納米結(jié)構(gòu)，采用雙光束Perkin-Elmer850光譜儀測量了PS層的透射率FTIR光譜。結(jié)果表明，30W和50W的超聲功率使p型硅的加氫量和氧化量均顯著增加。
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結(jié)果
利用30至50W的不同美國激發(fā)，通過（HF和硝酸）溶液制備了多孔硅多孔層，超聲增強蝕刻工藝使蝕刻劑與硅片之間的反應比橫向（各向異性系數(shù)（孔深/孔隙平均寬度）從7.31增加到158.4）。其樣品的AFM圖像如圖-1、(a)-(c)。所示樣品A、B、C的PS層厚度分別為500、1000和1250nm。在相同的有效蝕刻時間下，可以得到兩個明顯的結(jié)論：（1）表示樣品的PS層厚度，采用超聲蝕刻（樣品B和C）制備的樣品大于通常采用技術(shù)（非超聲）蝕刻（樣品A）制備的樣品。（2）樣品C的硅孔在表面正態(tài)方向上最連續(xù)，分布均勻，直徑最小。
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圖-1
樣品的PS層更均勻，硅孔更小，蝕刻效率也高于常規(guī)技術(shù)制備的（非超聲）。原因是，簡單采用化學蝕刻法時，化學反應產(chǎn)物會沉積在硅孔，主要在孔尖，防止硅片溶解，從而擴大橫向蝕刻，當超聲波作用于電解質(zhì)溶液中時，會出現(xiàn)大量的微氣泡，這些氣泡會隨著各種聲壓的變化不斷收縮和膨脹，導致硅柱化學產(chǎn)物脫吸。如果氣泡破裂，則將會產(chǎn)生極高的壓力，這種壓力將把溶解的物質(zhì)從硅孔中帶出來。此外，其他的超聲波效應，如振動，也會加速化學產(chǎn)物的擴散，這些原因?qū)е禄瘜W反應集中在孔隙尖端，從而降低了側(cè)向蝕刻，提高了均勻性和蝕刻效率。
采用AFM法測定了三個樣品的平滑度，如圖-1所示。顯微圖中最明顯的現(xiàn)象是硅柱尺寸從樣品C增加，而均勻性減小。4個樣品的表面粗糙度均方根(RMS)值分別為17.324nm（樣品A）、9.505nm（樣品B）和3.779nm（樣品C）。
表1為US蝕刻時間20min后PS層的厚度、蝕刻率、平均尺寸、粗糙度和功率。與低（30W）美國激發(fā)下（平均深度為1000nm）相比，美國功率的增加導致產(chǎn)生更深的孔隙（平均深度為1250nm）。另一方面，如果美國的功率很高（50W），空化過程就是強有力的證據(jù)。
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利用FTIR光譜中的透射光譜研究了大孔孔表面的化學組成，在400~4000cm-1不同波長的化學蝕刻制備的新制備的PS層的FTIR透射譜如圖2所示。
PS層形成過程中的超聲處理導致了p型（111）Si的微觀結(jié)構(gòu)特征。從圖中可以看出，新制備的PS層在2400cm-1處有Si-H吸收帶，這些模式與吸附在擴展的PS表面上的基團有關(guān)。眾所周知，Si-Hx含量對于鈍化質(zhì)量是必需的，因為氫可能很容易在PS/Si界面以及在硅晶片內(nèi)部擴散。樣品的FTIR光譜，其中峰1108cm-1對應于SiOx中SiO-Si橋的拉伸模式，由于該峰值劑量沒有發(fā)生重要的變化，因此可以認為這種模式與硅襯底有關(guān)，否則1108cm-1處的模式僅出現(xiàn)在具有一定氧化程度的PS層中，其頻率可能與PS表面缺陷氧化硅的高應力sio2-Si界面有關(guān)，這些模是硅橋的對稱和反對稱振動模。
綜上所述，我們提出了一種制備PS層的超聲增強化學蝕刻方法，表面研究原子力顯微鏡(AFM)顯示，當其他蝕刻參數(shù)恒定時，超聲蝕刻會產(chǎn)生更厚、更均勻的PS層，比非超聲化學蝕刻具有更小的硅孔。AFM觀測進一步證實了其改進的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，這可以解釋為PS形成力學，特別是超聲空化。對PS單層和PS微腔的研究表明，超聲蝕刻優(yōu)化了樣品的特性，將超聲蝕刻與常用技術(shù)相結(jié)合，獲得了質(zhì)量最佳的樣品，這種新型蝕刻方法是制備PS材料，特別是PS多層材料的高效技術(shù)，為實現(xiàn)PS材料的應用開辟了可行的途徑。