超聲波頻率對化學(xué)蝕刻過程的影響實驗報告

我們?nèi)A林科納在這項工作中，超聲增強化學(xué)腐蝕被用來制作多孔硅層，通過使用HF溶液和HNO3在p型(111)取向硅中制備多孔硅層，發(fā)現(xiàn)超聲波改善了p型硅上多孔硅層的結(jié)構(gòu)，用這種方法可以制作品質(zhì)因數(shù)高得多的多孔硅微腔，由超聲波蝕刻引起的質(zhì)量提高可歸因于氫氣泡和其它蝕刻化學(xué)物質(zhì)從多孔硅柱表面逃逸的速率增加，該效應(yīng)歸因于自由空穴載流子濃度的有效變化，超聲波可能導(dǎo)致成鍵結(jié)構(gòu)的變化和氧化的增加。此外，在超聲波處理和微觀結(jié)構(gòu)之間建立了相關(guān)性。

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其樣品的AFM圖像如圖1 (a) - (c)所示，樣品A、B和C的PS層厚度分別為500、1000和1250 nm，在相同的有效刻蝕時間內(nèi)，可以得到兩個明顯的結(jié)論：(1)超聲刻蝕制備的樣品(樣品B和C)的PS層厚度大于常規(guī)工藝(非超聲)刻蝕制備的樣品(樣品A)，(2)樣品C的硅孔在表面法線方向上最連續(xù)，并且具有均勻的分布和最小的直徑。

當超聲波作用于電解液時，電解液中會出現(xiàn)大量的微氣泡，這些氣泡將隨著聲壓的變化而反復(fù)收縮和膨脹，并導(dǎo)致化學(xué)產(chǎn)品從硅柱上脫附，如果氣泡破裂，就會產(chǎn)生極高的壓力，這種壓力會將溶解的物質(zhì)帶出硅孔，此外，其他的超聲波效應(yīng)，如振動，也會加速化學(xué)產(chǎn)品的擴散，所有這些原因?qū)е禄瘜W(xué)反應(yīng)集中在孔尖端，從而減少了橫向蝕刻并提高了均勻性和蝕刻效率。

通過AFM測量三個樣品的光滑度，如圖1所示，顯微照片中顯示的最明顯的現(xiàn)象是，從樣品C到樣品A，硅柱尺寸增加，而均勻性降低，四個樣品的表面粗糙度均方根(RMS)值分別為17.324納米(樣品A)、9.505納米(樣品B)和3.779納米(樣品C)。

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利用FTIR光譜中的透射光譜研究了大孔表面的化學(xué)組成。圖2顯示了在400-4000cm的不同波長下通過化學(xué)蝕刻制備的新鮮制備的PS層的FTIR透射光譜。PS層形成過程中的超聲處理導(dǎo)致p型(111) Si中的微結(jié)構(gòu)特征，從該圖可以看出，新制備的PS層在2400 cm處顯示出Si-H吸收帶，這些模式與吸附在擴展ps表面的基團有關(guān)，眾所周知，Si - Hx含量對于鈍化質(zhì)量是必要的，因為氫容易在PS/Si界面以及Si晶片本身內(nèi)部擴散。

當樣品被處理時，該峰值劑量沒有經(jīng)歷重要的變化，因此可以認為該模式與硅襯底有關(guān)。另外，1108 cm處的模式僅出現(xiàn)在具有一定氧化程度的PS層中，該頻率可能與PS表面缺陷Si氧化物的高應(yīng)力SiO2-Si界面有關(guān)，這些模式是Si-O-Si橋的對稱和反對稱振動模式，Si-H和Si-O帶強度的降低可能表明存在一些由超聲空化引起的蝕刻活性，與氧氣相比，氫化的相對減少也通過Si-H在超聲空化樣品中更強而得到證實，如從相對譜帶強度估計的，613cm處的峰屬于Si-Si拉伸模式，而818-889 cm處的峰屬于O-Si-O彎曲模式，峰值在663和739 cm處，Si-F鍵的存在是化學(xué)蝕刻技術(shù)的特征，而1460、846和831 cm處的峰對應(yīng)于烴振動模式，這與樣品在乙醇中的洗滌有關(guān)。

總之，提出的一種超聲增強化學(xué)腐蝕方法來制作PS層，表面研究原子力顯微鏡(AFM)顯示，當其他蝕刻參數(shù)不變時，超聲蝕刻比非超聲化學(xué)蝕刻產(chǎn)生更厚和更均勻的PS層，具有更小的硅孔，AFM觀察進一步證實了結(jié)構(gòu)性能的改善，這可以通過PS形成機制，尤其是超聲空化來解釋，PS單層和PS微腔的研究表明，超聲刻蝕優(yōu)化了樣品的特性，將超聲腐蝕與常規(guī)技術(shù)相結(jié)合，獲得了質(zhì)量最好的樣品，這種新的刻蝕方法是制備PS材料，特別是PS多層膜的一種非常有效的技術(shù)，為實現(xiàn)PS材料的應(yīng)用開辟了一條可行的途徑。