本文選題：黑硅 + 光吸收�。� 參考：《電子科技大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：黑硅是通過(guò)一定的處理方法在硅材料表面刻蝕出一定的微結(jié)構(gòu)而形成的。相比于單晶硅,黑硅對(duì)可見(jiàn)光到近紅外(250nm-2500nm)都具有很高的吸收率,黑硅如此優(yōu)異的光學(xué)性能受到了國(guó)內(nèi)外眾多研究人員的關(guān)注。本文通過(guò)多種刻蝕方法對(duì)硅材料進(jìn)行刻蝕,并且分別對(duì)其進(jìn)行形貌表征和光學(xué)特性的測(cè)試。制備基于黑硅材料的MSM結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器件和N+/N型光電器件,并對(duì)器件的電學(xué)性能進(jìn)行了研究。分別采用了酸法刻蝕、堿法刻蝕、電化學(xué)刻蝕和飛秒激光輻照法對(duì)硅片進(jìn)行了刻蝕,使之表面微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的變化。酸法刻蝕在黑硅表面形成隨機(jī)分布大小不一的納米孔,堿法刻蝕則是在表面出現(xiàn)規(guī)則分布大小一致的微米量級(jí)正四棱尖錐陣列,電化學(xué)腐蝕法是在硅材料表面刻蝕出隨機(jī)分布大小不一的微米孔,飛秒激光輻照法是在硅片表面形成了不規(guī)則分布的微米尖錐。之后分別對(duì)樣品進(jìn)行了光學(xué)特性的測(cè)試,酸法和堿法刻蝕的樣品均是對(duì)可見(jiàn)光的吸收率有了較大的提高,近紅外吸收率仍然較低;電化學(xué)腐蝕采用了P型摻雜濃度為1019cm-3的硅材料,最終刻蝕出的黑硅對(duì)可見(jiàn)光和近紅外光有80%左右的吸收率;飛秒激光脈沖輻照法制備的黑硅對(duì)可見(jiàn)光和近紅外光均有90%以上的吸收率。通過(guò)對(duì)單次刻蝕呈現(xiàn)出的微觀結(jié)構(gòu)尺寸的分析,嘗試在微米結(jié)構(gòu)上制備出納米結(jié)構(gòu),從而形成一定的折射率漸變的效果以達(dá)到減少反射增加吸收率的目的。采用先堿法刻蝕后酸法刻蝕制備的黑硅材料表面形成了微納雙重結(jié)構(gòu),對(duì)比酸法刻蝕前后的吸收率,發(fā)現(xiàn)酸法刻蝕之后有了一定的提高,尤其是近紅外有了30%左右的提高;先電化學(xué)刻蝕后酸法刻蝕,摻雜濃度為1019cm-3的硅材料二次刻蝕之后整個(gè)吸收率達(dá)到90%左右;先飛秒激光輻照后酸法刻蝕出的黑硅表面微米結(jié)構(gòu)的尖錐表面布滿隨機(jī)分布的納米孔,吸收率較單純飛秒激光刻蝕有了2%的提高。最后采用先電化學(xué)刻蝕后酸法刻蝕和先飛秒激光輻照刻蝕后酸法刻蝕這兩種方法制備的黑硅材料,在材料表面制備金屬電極,并對(duì)樣品進(jìn)行了一定溫度下的退火處理,最終分別制備成MSM結(jié)構(gòu)光電器件和N+/N型光電器件,之后對(duì)器件的光電性能進(jìn)行了測(cè)試,分析對(duì)比了器件的I-V特性曲線。
[Abstract]:Black silicon is formed by etching a certain microstructure on the surface of silicon by a certain treatment method. Compared with monocrystalline silicon, black silicon has high absorptivity to visible light and near infrared (250nm-2500nm), and its excellent optical properties have attracted much attention from researchers at home and abroad. In this paper, silicon was etched by various etching methods, and its morphology and optical properties were measured. The structure of MSM photodetectors and N / N optoelectronic devices based on black silicon are fabricated. The electrical properties of the devices are studied. Acid etching, alkali etching, electrochemical etching and femtosecond laser irradiation were used to etch the silicon wafers, which resulted in some changes in the surface microstructure. On the surface of black silicon, acid etching forms nano-pores of different size and random distribution, while alkali etching is the appearance of regular micron order quadrangular pyramid arrays on the surface. Electrochemical etching method is used to etch microholes with different random distribution on the surface of silicon. Femtosecond laser irradiation is an irregularly distributed micron-tip on the surface of silicon wafer. Then the optical properties of the samples were tested. The absorptivity of visible light of the samples etched by acid method and alkali method was greatly improved, and the near infrared absorption rate was still low. The silicon with P type doping concentration of 1019cm-3 was used in the electrochemical corrosion, and the absorptivity of the black silicon was about 80% for visible light and near-infrared light. Black silicon prepared by femtosecond laser pulse irradiation has a absorptivity of more than 90% for both visible and near-infrared light. Based on the analysis of the microstructure size of single etching, we try to fabricate nanostructures on micron structure, thus forming the effect of refractive index gradient to reduce the reflection and increase the absorptivity. The surface of black silicon prepared by alkali etching and acid etching formed micro-nano double structure. Compared with the absorption rate before and after acid etching, it was found that acid etching had a certain improvement, especially about 30% increase in near infrared. Electrochemical etching followed by acid etching, secondary etching of silicon material doped with 1019cm-3, and the whole absorption rate of about 90%. The surface of black silicon with micron structure of black silicon etched by femtosecond laser irradiation was filled with randomly distributed nano-holes. The absorptivity is 2% higher than that of femtosecond laser etching. Finally, the black silicon materials were prepared by electrochemical etching, acid etching and femtosecond laser irradiation etching. Metal electrodes were prepared on the surface of the materials, and the samples were annealed at a certain temperature. Finally, MSM optoelectronic devices and N / N optoelectronic devices are fabricated, and then the photoelectric properties of the devices are tested, and the I-V characteristic curves of the devices are analyzed and compared.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN304.12

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本文編號(hào)：2072625