黑硅材料的制備及器件研究.pdf

1、黑硅是通過一定的處理方法在硅材料表面刻蝕出一定的微結(jié)構(gòu)而形成的。相比于單晶硅，黑硅對可見光到近紅外（250nm-2500nm）都具有很高的吸收率，黑硅如此優(yōu)異的光學(xué)性能受到了國內(nèi)外眾多研究人員的關(guān)注。本文通過多種刻蝕方法對硅材料進(jìn)行刻蝕，并且分別對其進(jìn)行形貌表征和光學(xué)特性的測試。制備基于黑硅材料的MSM結(jié)構(gòu)光電探測器件和N+/N型光電器件，并對器件的電學(xué)性能進(jìn)行了研究。
　　分別采用了酸法刻蝕、堿法刻蝕、電化學(xué)刻蝕和飛秒激光輻照法

2、對硅片進(jìn)行了刻蝕，使之表面微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的變化。酸法刻蝕在黑硅表面形成隨機(jī)分布大小不一的納米孔，堿法刻蝕則是在表面出現(xiàn)規(guī)則分布大小一致的微米量級正四棱尖錐陣列，電化學(xué)腐蝕法是在硅材料表面刻蝕出隨機(jī)分布大小不一的微米孔，飛秒激光輻照法是在硅片表面形成了不規(guī)則分布的微米尖錐。之后分別對樣品進(jìn)行了光學(xué)特性的測試，酸法和堿法刻蝕的樣品均是對可見光的吸收率有了較大的提高，近紅外吸收率仍然較低；電化學(xué)腐蝕采用了P型摻雜濃度為1019cm-3的硅

3、材料，最終刻蝕出的黑硅對可見光和近紅外光有80％左右的吸收率；飛秒激光脈沖輻照法制備的黑硅對可見光和近紅外光均有90%以上的吸收率。
　　通過對單次刻蝕呈現(xiàn)出的微觀結(jié)構(gòu)尺寸的分析，嘗試在微米結(jié)構(gòu)上制備出納米結(jié)構(gòu)，從而形成一定的折射率漸變的效果以達(dá)到減少反射增加吸收率的目的。采用先堿法刻蝕后酸法刻蝕制備的黑硅材料表面形成了微納雙重結(jié)構(gòu)，對比酸法刻蝕前后的吸收率，發(fā)現(xiàn)酸法刻蝕之后有了一定的提高，尤其是近紅外有了30%左右的提高；先電化

4、學(xué)刻蝕后酸法刻蝕，摻雜濃度為1019cm-3的硅材料二次刻蝕之后整個吸收率達(dá)到90%左右；先飛秒激光輻照后酸法刻蝕出的黑硅表面微米結(jié)構(gòu)的尖錐表面布滿隨機(jī)分布的納米孔，吸收率較單純飛秒激光刻蝕有了2%的提高。
　　最后采用先電化學(xué)刻蝕后酸法刻蝕和先飛秒激光輻照刻蝕后酸法刻蝕這兩種方法制備的黑硅材料，在材料表面制備金屬電極，并對樣品進(jìn)行了一定溫度下的退火處理，最終分別制備成MSM結(jié)構(gòu)光電器件和N+/N型光電器件，之后對器件的光電性能進(jìn)