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?? 黑硅作為興起的一種新型硅材料,以其在可見光與近紅外波段有極高的光吸收率，使其對光線十分敏感 ,它的光敏感度可以達(dá)到傳統(tǒng)硅材料的 100 ～ 500 倍。在正常情況下 ,一個(gè)光子只能產(chǎn)生一個(gè)電子 ,而在黑硅這種材料中 ,由于它具備光電導(dǎo)增益效果,可以由一個(gè)光子產(chǎn)生多個(gè)電子, 從而使電流增大200 ～ 300 倍 ,使其在微光探測方面的性能較一般材料有著飛躍般的進(jìn)步 ,并且黑硅的制造工藝可以較容易地嵌入到目前的半導(dǎo)體工藝中, 使其在照相機(jī) 、夜視儀等光電探測方面有著廣闊的應(yīng)用前景 。
?目前國際上其通用的制備方式主要有兩種 :飛秒激光器刻蝕和深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)。其中 ,飛秒激光器刻蝕是SF6 環(huán)境下, 利用飛秒激光器產(chǎn)生的超短脈沖激光對硅片表面進(jìn)行輻照,其激光脈沖的高能在與硅片表面作用的同時(shí), 在表面附近積聚大量能量 , 能瞬間使背景氣體SF6 分解出游離的 F-離子, 并與表面汽化的 Si 原子生成易揮發(fā)的 SiF2 和 SiF4 ,使硅片表面不斷被刻蝕 ,最終形成準(zhǔn)規(guī)則排列的微米量級尖錐結(jié)構(gòu) 。這樣改造后的硅表面具有極高的光吸收率 , 而反應(yīng)離子刻蝕(RIE)的原理是利用一定壓強(qiáng)下的刻蝕氣體在高頻電場的作用下 ,通過氣體輝光發(fā)電產(chǎn)生等離子體(其中包含了大量的分子游離基團(tuán)), 通過電場加速活性基團(tuán)對被刻蝕物體進(jìn)行離子轟擊和化學(xué)反應(yīng) ,生成揮發(fā)性氣體, 反應(yīng)產(chǎn)物在低壓真空腔中被抽走來實(shí)現(xiàn)對材料的刻蝕 ,最終在硅片表面得到與飛秒激光器刻蝕相似的微結(jié)構(gòu) ,從而制備所說的黑硅。目前這兩種方式都比較成熟, 都能得到穩(wěn)定的結(jié)果 ,但是這兩種方式對反應(yīng)條件要求苛刻 ,實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本高昂 ,不利于大規(guī)模生產(chǎn) 。
??采用兩種濕法刻蝕相結(jié)合的方法制備黑硅材料，先利用 Si3 N4 充當(dāng)掩膜層 ,用光刻的方式在硅片表面形成圖案,然后通過 KOH 溶液對其進(jìn)行刻蝕 , 在硅DOI :10.16652/j .issn.1004 -373x.2011.18.030片表面形成規(guī)則的尖錐形貌, 然后利用金納米顆粒作為催化劑,用 HF 酸對經(jīng)堿刻蝕后的硅片樣品表面進(jìn)行改性,以進(jìn)一步提高其光吸收率 , 最終制備的黑硅的光吸收率可以達(dá)到 95 %以上 , 這種制備方法具有實(shí)驗(yàn)設(shè)備較簡單,變量易控等優(yōu)點(diǎn) 。
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