【摘要】：由于單晶硅材料自身的性能限制,使得硅在可見光-近紅外波段的光反射率很高,限制了硅基材料的應(yīng)用范圍、靈敏度及轉(zhuǎn)換效率等關(guān)鍵性能。而黑硅是一種新型半導(dǎo)體材料,由于其孔狀或尖錐的表面微觀結(jié)構(gòu),表面粗糙度較大,使其在可見光-近紅外波段的光吸收率大大提高,大幅度提高了材料的光電轉(zhuǎn)換效率,對(duì)于光探測(cè)器、光二極管、太陽能電池、場(chǎng)發(fā)射器等其他光電器件有較為廣闊的應(yīng)用前景。現(xiàn)階段,黑硅的制備方法有很多,但金屬輔助化學(xué)刻蝕制備黑硅因操作簡(jiǎn)便,成本低廉,可大批量操作等優(yōu)點(diǎn),為黑硅的商業(yè)化提供了可能。本文主要研究了金屬輔助化學(xué)刻蝕制備黑硅中沉積溶液的硝酸銀溶液濃度、刻蝕時(shí)間和刻蝕溫度對(duì)黑硅樣品的形貌及光吸收率的影響,并在所制備的黑硅樣品表面制備叉指電極,研究樣品的光暗電流、量子效率及靈敏度等光電性能。通過本文研究表明,金屬輔助化學(xué)刻蝕制備黑硅過程中,當(dāng)硝酸銀溶液的濃度由0.01 mol/L增加到0.03 mol/L時(shí),由于沉積時(shí)溶液中銀粒子濃度的增加,銀粒子發(fā)生聚集現(xiàn)象,所刻蝕的孔洞結(jié)構(gòu)由單一結(jié)構(gòu)變?yōu)榫奂Y(jié)構(gòu),平均深度由4μm增加到6μm,在200-1000 nm波長范圍內(nèi)的平均光吸收率由50%增加到65%;當(dāng)刻蝕時(shí)間由30 min增加到45 min時(shí),所刻蝕的孔洞尺寸結(jié)構(gòu)都在100 nm左右,平均深度由4μm增加到9μm,在200-1000 nm波長范圍內(nèi)平均光吸收率由50%增加到90%;當(dāng)刻蝕溫度由室溫增加到70℃時(shí),所刻蝕的孔洞結(jié)構(gòu)均在100 nm左右,平均深度由3μm增加到了8μm。當(dāng)樣品的平均光吸收率由25%增加到85時(shí),樣品的靈敏度由0.0037 A/W增加到0.00847 A/W,量子效率由0.782%增加到了1.9%。200-1000 nm波長范圍內(nèi)平均光吸收率為85%的樣品,在施加1 V到5 V的反向偏壓時(shí),樣品的暗電流增加7.9μA時(shí)不再隨偏壓的增加而增加,靈敏度增加到0.0824 A/W時(shí)不再隨偏壓的增加而發(fā)生明顯變化,量子效率則增加到18.56%時(shí)不隨偏壓的增加而增加。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN304.12;O613.72
【圖文】：

圖 1.1 SF6環(huán)境氣體下刻蝕的黑硅 SEM 圖[3](a)斜 45o角視圖；(b)樣品橫截面圖以黑硅為基底的太陽能電池較硅基太陽能電池的轉(zhuǎn)換效類解決全球能源危機(jī)開辟了新的思路。而以黑硅為基底制性能得到了大幅度的提高，并且將能夠探測(cè)到的光的波段范圍內(nèi)，可用于夜視鏡、照相機(jī)等器材。性了[5]利用飛秒激光脈沖法以空氣為氣體氛圍時(shí)，制備出的光發(fā)光情況，黑硅的發(fā)光光譜會(huì)受到脈沖參數(shù)和退火參數(shù)的不同，會(huì)導(dǎo)致發(fā)光光譜的譜峰位置發(fā)生了變化；當(dāng)激光通時(shí)，發(fā)現(xiàn)激光通量不會(huì)對(duì)發(fā)光光譜的譜峰位置產(chǎn)生影響，樣品的發(fā)光強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)退火對(duì)黑硅的光譜有較大的影置沒有受到退火的影響，但是發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)了，同時(shí)通過附近的峰，當(dāng)退火時(shí)間的增加，這個(gè)新增的紅峰的位置會(huì)的紅峰的強(qiáng)度隨之增強(qiáng)。

應(yīng)原理分別為物理刻蝕、化學(xué)刻蝕和物理化學(xué)刻蝕。干法刻蝕制備黑硅主要基底需要被刻蝕的表面暴露在氣態(tài)等離子中，通過等離子與待刻蝕的樣品表理或化學(xué)反應(yīng)來對(duì)硅基底表面進(jìn)行刻蝕。硅基底與氣態(tài)等離子接觸時(shí)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，該反應(yīng)為化學(xué)刻蝕，化學(xué)刻蝕為等離子體刻蝕[9]。而等離子體刻蝕制備黑硅首先是特定或者混合的氣體在強(qiáng)下進(jìn)行了輝光放電，產(chǎn)生的分子或者分子基團(tuán)與硅基表面發(fā)生離子化學(xué)輝光發(fā)電產(chǎn)生的活性反應(yīng)基團(tuán)通過擴(kuò)散到達(dá)了材料的表面，與之接觸時(shí)兩化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)生成了揮發(fā)性的氣體，這些氣體在真空室中被抽走，避免影應(yīng)的進(jìn)行，從而對(duì)黑硅基底進(jìn)行刻蝕得到黑硅樣品。實(shí)驗(yàn)過程中的參數(shù)為反成分和流量，通過對(duì)兩者的控制，找到最佳的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，得到較好的刻蝕選可以提高樣品的刻蝕速率，由于等離子刻蝕時(shí)不需要對(duì)樣品施加電壓，因此場(chǎng)的定向作用，而對(duì)硅片的刻蝕是各向同性的，所以很容易發(fā)生鉆刻現(xiàn)象，刻蝕精度不是很高，無法達(dá)到微米級(jí)。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王圣坤;苑偉政;何洋;;銀輔助化學(xué)刻蝕法制作硅納米線的關(guān)鍵工序研究[J];化學(xué)工程師;2013年04期

2 米昶;解統(tǒng)顏;苑偉;;核物理電化學(xué)刻蝕分析中智能化高壓電源的研制[J];實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理;2009年11期

3 張佩聰;倪師軍;常嗣和;鄧苗;;化學(xué)刻蝕法在PVC/CaCO_3復(fù)合材料顯微結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用[J];成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年04期

4 姚冬敏,胡愷生,江風(fēng)益,范廣涵;GaN單晶薄膜的濕法化學(xué)刻蝕研究[J];南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(理科版);1997年03期

5 范緒閣;李國才;程超群;胡杰;;金屬輔助化學(xué)刻蝕法制備硅納米線及應(yīng)用[J];應(yīng)用化學(xué);2013年11期

6 李常青;周婷婷;梅欣麗;任晨星;;化學(xué)刻蝕兩步法制備硅納米線(英文)[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2013年04期

7 王艷周;岳紅偉;栗軍帥;李亞麗;;金屬輔助化學(xué)刻蝕法制備硅納米線[J];中國科技論文;2015年17期

8 申慧娟;;電化學(xué)刻蝕半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)分析[J];微納電子技術(shù);2008年02期

9 陳凱;王強(qiáng);孫婷;游敏;夏祖西;;化學(xué)刻蝕對(duì)超疏水表面性能的影響研究[J];化工新型材料;2018年06期

10 趙志剛;牛憨笨;雷耀虎;郭金川;;光助電化學(xué)刻蝕法制作大面積高深寬比硅深槽[J];納米技術(shù)與精密工程;2010年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 呂文峰;郭金川;;光助電化學(xué)刻蝕法制作大面積高深寬比硅微通道板的研究[A];中國光學(xué)學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)大會(huì)摘要集[C];2011年

2 于航;端木慶鐸;王國政;楊繼凱;;光刻限定區(qū)域金屬輔助化學(xué)刻蝕制備硅納米線[A];國防光電子論壇第二屆新型探測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2015年

3 翁占坤;申慧娟;劉愛民;劉艷紅;徐峰;羅慧晶;;電化學(xué)刻蝕制備多孔InP[A];2006年全國功能材料學(xué)術(shù)年會(huì)專輯[C];2006年

4 韓錫光;匡勤;謝兆雄;鄭蘭蓀;;祥云錐狀氧化鋅的制備、表征與機(jī)理探討[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

5 呂文峰;;光助電化學(xué)刻蝕制作高深寬比硅微孔陣列[A];中國光學(xué)學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)大會(huì)摘要集[C];2011年

6 李承娣;朱峰;徐久軍;;化學(xué)刻蝕高硅鋁合金缸套的摩擦磨損性能研究[A];第十屆全國表面工程大會(huì)暨第六屆全國青年表面工程論壇論文摘要集（一）[C];2014年

7 張亞菲;王卉;韓會(huì)娟;杜榮歸;林昌健;;鈦表面刻蝕處理方法的研究[A];2006年全國腐蝕電化學(xué)及測(cè)試方法學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

8 李國慶;劉愛民;潘萌;杜曉書;郭凡;;電化學(xué)刻蝕方法制備半導(dǎo)體材料納米陣列[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅲ[C];2004年

9 杜穎;晉云霞;賀洪波;孔釩宇;關(guān)賀元;范正修;;高激光損傷閾值的多孔減反射BK7玻璃[A];長三角地區(qū)科技論壇激光分論壇暨上海市激光學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

10 徐幸梓;張力;曾丁丁;陳玉安;韓志范;;氫在化學(xué)氣相沉積制備碳材料過程中的作用[A];2007高技術(shù)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會(huì)暨《材料導(dǎo)報(bào)》編委會(huì)年會(huì)論文集[C];2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 翁占坤;電化學(xué)刻蝕制備多孔InP及機(jī)理研究[D];大連理工大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李旭;金屬輔助化學(xué)刻蝕制備黑硅及其光電性能研究[D];長春理工大學(xué);2019年

2 張陽;電化學(xué)刻蝕制備仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu)[D];長春理工大學(xué);2018年

3 李國慶;電化學(xué)刻蝕方法制備多孔InP研究[D];大連理工大學(xué);2006年

4 張沈莉;基于金屬輔助化學(xué)刻蝕法的硅納米線形貌調(diào)控及機(jī)理研究[D];上海交通大學(xué);2014年

5 劉平;STM金屬表面高分辨電化學(xué)刻蝕的研究[D];天津大學(xué);2002年

6 袁丁;由光輔助電化學(xué)刻蝕制備大面積p型硅微通道板[D];華東師范大學(xué);2009年

7 申慧娟;電化學(xué)刻蝕半導(dǎo)體InP納米多孔陣列及機(jī)理研究[D];重慶大學(xué);2006年

8 惠龍飛;化學(xué)刻蝕疏水涂層的池沸騰和防垢研究[D];天津大學(xué);2013年

9 潘立寧;化學(xué)刻蝕及溶膠—凝膠法制備具有納米—微米混合結(jié)構(gòu)的超疏水表面[D];北京化工大學(xué);2011年

10 周艷艷;鋁基超疏水表面抗結(jié)霜結(jié)冰特性研究[D];大連理工大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2731013