[论文解读] The Effect of Different Wavelengths on Porous Silicon Formation Process

Oday A. Al‐Owaedi, Abbas H. Rahim+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2016

Silicon Nanostructures and Photoluminescence参考文献 9被引用 3

一句话总结

本研究探讨了来自钨灯的波长（450 nm、535 nm、700 nm）对n型硅（0.8 Ω·cm）在24.5%氢氟酸中光电化学（PEC）蚀刻的影响。结果表明，较短波长（450 nm）显著提高了蚀刻速率和孔隙率，而较长波长（700 nm）则降低了两者，表明通过PEC蚀刻可实现对多孔硅层形成的强烈波长依赖性控制。

ABSTRACT

Porous silicon layers (PS) have been prepared in this work via Photoelectrochemical etching process (PEC) of n type silicon wafer of 0.8 ohm.cm resistivity in hydrofluoric (HF) acid of 24.5 precent concentration at different etching times (5 to 25 min.). The irradiation has been achieved using Tungsten lamp with different wavelengths (450 nm, 535 nm and 700 nm). The morphological properties of these layers such as surface morphology, Porosity, layer thickness, and also the etching rate have been investigated using optical microscopy and the gravimetric method.

研究动机与目标

• 分析不同波长的光如何影响n型硅的光电化学（PEC）蚀刻过程。
• 确定照射波长对多孔硅（PS）层形貌和结构特性的影响。
• 量化在不同光照条件下蚀刻速率、孔隙率和层厚的变化。
• 通过识别最有效的波长以实现受控的多孔硅形成，优化PEC蚀刻过程。

提出的方法

• 使用波长为450 nm、535 nm和700 nm的钨灯照射电阻率为0.8 Ω·cm的n型硅片。
• 在24.5%氢氟酸（HF）电解液中进行光电化学（PEC）蚀刻，蚀刻时间从5分钟到25分钟不等。
• 利用光学显微镜分析不同波长下的表面形貌和层均匀性。
• 基于蚀刻过程中的质量损失，采用重量法测量蚀刻速率和孔隙率。
• 比较不同波长下形成的多孔硅层的形貌和结构结果。
• 分析入射光子能量与所得多孔硅特性之间的相关性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在使用24.5% HF电解液的PEC过程中，入射光的波长如何影响n型硅的蚀刻速率？
• RQ2 照射波长与所得多孔硅层的孔隙率之间存在何种关系？
• RQ3 不同波长如何影响通过PEC蚀刻形成的多孔硅薄膜的厚度和表面形貌？
• RQ4 哪种波长能产生在孔隙率和蚀刻效率方面最理想的多孔硅结构？

主要发现

• 在450 nm照射下，所有测试波长中蚀刻速率最高，表明硅表面的光激发作用更强。
• 在450 nm照射下，多孔硅层的孔隙率达到最大，表明短波长与孔隙率增加之间存在直接相关性。
• 在700 nm照射下，蚀刻速率和孔隙率显著降低，表明硅中光子吸收和载流子生成减少。
• 光学显微镜观察到的表面形貌显示，450 nm照射下孔隙结构更均匀且更细小，优于长波长条件。
• 层厚度随蚀刻时间增加，但450 nm照射下的增加速率最高。
• 结果证实，入射光的波长是通过PEC蚀刻控制多孔硅微结构和形成动力学的关键参数。