基于KOH腐蚀的单晶硅表面非周期性微纳米结构的制备

发布时间：2017-08-30 02:20

  本文关键词：基于KOH腐蚀的单晶硅表面非周期性微纳米结构的制备

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【摘要】：硅基半导体微结构由于其独特性能在能源、传感器等领域内被广泛应用。本文利用水热法,通过碱溶液对单晶硅的各向异性腐蚀性,在单晶硅表面制备适用于各种领域的微结构。太阳能电池是硅微结构的传统应用,此微结构的特点是利用光在金字塔表面来回反射从而降低表面反射率。目前的研究进展是将单晶硅表面正、倒金字塔非周期性微结构应用到表面增强拉曼基底方向。本文采用最常见的KOH/IPA体系,通过对溶液浓度、IPA体积分数、反应温度和时间等因素的调控,得到尺寸接近纳米级别、均匀性良好的微结构。首先采用大跨度的KOH浓度实验,通过观察不同浓度下SEM图和反射率加权平均值,发现处于不同生长阶段的金字塔尺寸随KOH浓度增大而增大。通过计算KOH浓度为5%和25%在400nm-800nm的平均反射率,得到反射率分别为12.30%和13.66%,且金字塔处于最佳阶段。然后,分别在KOH浓度为20%和25%时改变其温度,发现浓度为20%,温度70℃,反应5min条件下得到平均尺寸为1.72um,分布均匀,覆盖率高的非周期性微结构。通过进一步改变时间,发现在时间为15min金字塔的尺寸减小为1.24um。论文还对KOH浓度低于5%的条件下进行实验,采用控制变量法,通过改变KOH的质量分数、IPA体积分数、温度和时间因素,分别探究这四种因素对单晶硅微结构尺寸和均匀性的影响。本文采用扫描电镜和紫外可见分光光度计,分析上述两类实验所得的微结构形貌和反射率,并使用Nano Measure,Smile View等软件计算和统计微结构尺寸及分布。通过以上对比试验,得到以下结果:(1)在溶液浓度为3%KOH和2vol%IPA,温度80℃,反应时间为30min,获得平均尺寸为1.37um、反射率为11.41%的单晶硅微结构。(2)通过改变(1)中的反应温度,发现在温度为70℃获得分布均匀,平均尺寸为0.93um,反射率为22.37%的单晶硅微结构。(3)反应时间为30min时微结构的平均尺寸最小,且金字塔尺寸在0.4um-1.2um之间的概率为73.3%,金字塔平均尺寸为1um左右。
【关键词】：KOH/IPA 单晶硅微结构 各向异性 纳米级 基底载体
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.12
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 单晶硅表面微结构的应用9-13
• 1.2.1 表面微结构在太阳能电池上的应用9-11
• 1.2.2 表面微结构在SERS基底上应用11-13
• 1.3 单晶硅表面微结构的制备方法13-15
• 1.3.1 表面微机械加工技术13
• 1.3.2 干法刻蚀技术13-14
• 1.3.3 湿法腐蚀技术14-15
• 1.4 本文的研究背景及意义15-16
• 第二章 单晶硅表面微结构制备的机理16-23
• 2.1 前言16
• 2.2 单晶硅晶体结构16-18
• 2.3 碱溶液刻蚀18-21
• 2.3.1 碱溶液对单晶硅的各向异性腐蚀性18-20
• 2.3.2 各向异性腐蚀性机理解释20-21
• 2.4 单晶硅表面微结构的制备工艺21-23
• 第三章 单晶硅表面微结构的制备23-37
• 3.1 引言23-24
• 3.2 实验试剂与仪器24-26
• 3.2.1 实验试剂24-26
• 3.2.2 实验分析软件26
• 3.3 单晶硅表面微结构实验26-29
• 3.3.1 单晶硅切片26-27
• 3.3.2 单晶硅表面清洗27
• 3.3.3 单晶硅表面微结构实验27-29
• 3.4 硅表面微结构反射率测试和形貌分析29-37
• 3.4.1 KOH浓度对单晶硅表面微结构的影响29-32
• 3.4.2 20%KOH，25%KOH，温度对单晶硅表面微结构的影响32-34
• 3.4.3 反应时间硅微结构的影响34-37
• 第四章 低浓度KOH/IPA中单晶硅表面微结构的制备37-52
• 4.1 引言37
• 4.2 低浓度KOH/IPA反应37-39
• 4.3 结果与讨论39-52
• 4.3.1 低浓度下，，KOH浓度对硅微结构的影响39-42
• 4.3.2 低浓度下，IPA积分数对硅微结构的影响42-46
• 4.3.3 低浓度下，温度对硅微结构的影响46-48
• 4.3.4 低浓度下，时间对硅微结构的影响48-52
• 第五章 总结与展望52-55
• 5.1 主要总结52-54
• 5.2 本文创新点54
• 5.3 研究和展望54-55
• 参考文献55-59
• 致谢59-60
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和研究成果60

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本文编号：756729