外电场下金属辅助制备单晶硅纳米结构的研究

发布时间：2017-04-29 13:01

  本文关键词：外电场下金属辅助制备单晶硅纳米结构的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：单晶硅纳米结构具有独特的纳米尺寸效应,呈现出优异的物理性能和化学性能,在半导体工业中具有重要的应用价值。制备单晶硅纳米结构的方法很多,其中金属辅助化学腐蚀(MaCE)法凭借其简单低功耗、不需要复杂昂贵的设备,制备精度高以及可制备范围广等优点受到国内外广泛关注。在MaCE法中,贵金属催化剂颗粒的运动状态是制备硅纳米结构的关键,但是容易受贵金属形态、类型、溶液中氧化剂的含量、硅材料参杂程度以及硅晶向结构等诸多因素影响,其运动的随机性和不确定性仍无法有效的突破。本文从电化学腐蚀法的机理中,在MaCE法中引入了外电场概念,使用外电场直接控制贵金属颗粒的运动状态,并提出了外电场控制模型,详细分析了外电场对腐蚀速度和腐蚀方向的控制作用,构建了外电场下MaCE法制备三维硅纳米结构的方法,并取得了一定的成果。本文主要研究内容如下:(1)首先本文阐述了课题研究的背景意义,简单介绍了单晶硅纳米结构的常见应用和常用的制备方法。总结了国内外对该方法的研究现状,并且引出本文的主要研究内容。(2)详细分析了MaCE法和电化学腐蚀法的机理,总结了单晶硅纳米结构制备过程中需要调控的参数。从这两个方法的机理出发,引出了外电场概念,提出了外电场下金属辅助化学腐蚀制备单晶硅纳米结构的方法。(3)开展了电场调控MaCE法的实验研究,对比有无电场的实验结果,证明了电场对MaCE法具有调控能力。通过六组不同电场强度的实验,研究了电场强度对MaCE法的调控能力,得出了不同电场强度下对腐蚀速度和腐蚀方向的影响关系。对实验结果的分析,得出了电流密度和腐蚀速度的关系图、电场有效作用区间和最优电流密度。(4)详细分析了外电场下MaCE法的制备机理,提出了外电场控制MaCE制备硅纳米结构的模型。通过正交电场实验,验证了外电场模型控制腐蚀方向的能力。通过晶向和氧化剂浓度的实验,研究了晶向和氧化剂浓度与外电场控制模型的关系,得出了氧化剂浓度对外电场模型影响最大,而晶向不会产生影响。(5)研究了外电场模型的应用,开展了电场下MaCE法制备3D硅纳米结构的可行性研究。搭建平台,通过合适的控制算法,在单晶硅中形成圆形电场,从单晶硅SEM微结构中可以看到,圆形电场使MaCE法在单晶硅中制备出一个圆弧结构。证明了外电场模型具有制备3D硅纳米结构的能力,为制备复杂3D硅纳米结构提供了一种新的解决方案。
【关键词】：外电场驱动 单晶硅 MaCE 腐蚀速度方向 电场控制模型 3D硅纳米结构
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TN304.12
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究的背景和意义10-16
• 1.1.1 单晶硅纳米结构的应用10-13
• 1.1.2 制备单晶硅纳米结构的方法13-16
• 1.2 国内外研究现状16-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-19
• 第2章 金属辅助化学腐蚀法（MaCE）的机理19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 金属辅助化学腐蚀法的机理19-22
• 2.3 单晶硅纳米结构制备调控参数22-26
• 2.4 外电场对金属辅助化学腐蚀法的影响26-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 外电场下MaCE法制备硅纳米结构实验30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 外电场下金属辅助化学腐蚀法30
• 3.3 实验准备30-32
• 3.3.1 实验仪器30-31
• 3.3.2 单晶硅硅片预处理31-32
• 3.4 外电场对MaCE法制备单晶硅纳米结构的影响实验32-35
• 3.5 电场强度对纳米结构形貌特征和腐蚀速度的影响实验35-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第4章 外电场下MaCE法的工艺研究42-50
• 4.1 引言42
• 4.2 外电场控制模型42-44
• 4.3 晶向和氧化剂浓度对外电场控制模型制备过程的影响44-46
• 4.3.1 晶向对外电场控制模型的影响44-45
• 4.3.2 氧化剂浓度对外电场控制模型的影响45-46
• 4.4 外电场控制模型的应用和意义46-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 总结与展望50-52
• 5.1 本文的主要结论50-51
• 5.2 未来研究建议51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-59
• 附录59

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