[发明专利]一种激光刻蚀和电化学阳极氧化结合制备多孔硅的方法

说明书

一种激光刻蚀和电化学阳极氧化结合制备多孔硅的方法，其特征如下：首先采用皮秒脉冲激光对硅片的抛光面进行刻蚀，在硅片的抛光面形成布满纵横交错凹槽的刻蚀区域，所述每个凹槽的深度为1.5‑2.5μm，宽度为2‑5μm，相邻凹槽中心之间的距离为8‑10μm；然后对刻蚀后的硅片依次进行清洗和电化学阳极氧化处理；所述电化学阳极氧化处理的电流为50‑80mA，时间为8‑15min。该方法制备的多孔硅孔洞呈四角星形，孔隙率大，内部呈蜂窝状结构，吸附能力强，并且内部结构稳定，不发生坍塌，易于实现多孔硅为骨架的纳米复合物含能材料的制备。

技术领域

本发明涉及一种制备多孔硅的方法，具体涉及一种激光刻蚀和电化学阳极氧化结合制备多孔硅的方法。

背景技术

多孔硅(PS--Porous Silicon)是一种孔径由纳米到毫米级的新型功能性多孔材料，由于其结构的特殊性而导致其具有特殊的性能，多孔硅具有其他材料不可比拟的绝热性、发光性能以及生物适应性、室温下的气敏性能，所以被广泛的应用于各个领域。如多孔硅可以在电激发下产生载流子进行复合发光，在全硅基光电子集成器件上有着极大的应用潜力；在电化学传感器中可以作为选择性、渗透膜实现对特殊物质的选择性渗透；在气敏传感器中多孔硅的内表面覆盖一层SnS薄膜可以检测碳氢化合物；多孔硅还可以用在相对湿度传感器中等。另外，多孔硅还是一种重要的半导体材料，是直接推动整个微电子产业巨大进步的基础材料，将成熟的硅基微电子技术与光电子技术结合起来，实现光电子集成是现代信息技术发展的主要方向。

目前，多孔硅大多通过电化学阳极氧化或化学腐蚀单晶硅制备而成，而制成的多孔硅的孔洞呈不规则圆形，孔径大小和腐蚀时间成正比。腐蚀时间短，孔径小，孔隙率不高好，吸附性差，不利于后期复合含能材料的制备；腐蚀时间长，孔洞内壁很薄，内部结构容易坍塌，不能实现以多孔硅为骨架的纳米复合物含能材料的制备。另外，如图1所示，现有方法制备的多孔硅的孔洞内部平整，粗糙度小，吸附性差。所以，普通的制备方法不能同时满足高孔隙率、结构稳定和吸附性好等特性。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种激光刻蚀和电化学阳极氧化结合制备多孔硅的方法，该方法制备的多孔硅孔洞呈四角星形，孔隙率大，内部呈蜂窝状结构，吸附能力强，并且内部结构稳定，不发生坍塌，易于实现多孔硅为骨架的纳米复合物含能材料的制备。

本发明实现其的发明目的所采取的技术方案是：一种激光刻蚀和电化学阳极氧化结合制备多孔硅的方法，其特征如下：首先采用皮秒脉冲激光对硅片的抛光面进行刻蚀，在硅片的抛光面形成布满纵横交错凹槽的刻蚀区域，所述每个凹槽的深度为1.5-2.5μm，宽度为2-5μm，相邻凹槽中心之间的距离8-10μm；然后对刻蚀后的硅片依次进行清洗和电化学阳极氧化处理；所述电化学阳极氧化处理的电流为50-80mA，时间为8-15min。

所述采用皮秒脉冲激光对硅片的抛光面进行刻蚀，在硅片的抛光面形成纵横交错凹槽的刻蚀区域的一种具体操作是：采用皮秒脉冲激光在硅片的抛光面上沿一个方向扫描一遍，得到一组相互平行的凹槽，然后将硅片转动90°，再扫描一遍，即在硅片抛光面上形成一块纵横交错凹槽的刻蚀区域。

进一步，本发明所述皮秒脉冲激光对硅片的抛光面进行刻蚀所采取的参数为：激光的波长1064nm、脉宽150ps、频率800-1000KHz、单脉冲能量0.01-0.05mJ，激光扫描速度5000-8000mm/s，相邻扫描线之间的间隔为8-10μm。

更进一步，本发明所述皮秒脉冲激光对硅片的抛光面进行刻蚀所采取的参数为：激光的频率1000KHz、单脉冲能量0.05mJ，激光扫描速度8000mm/s。

采用上述参数可以在硅片抛光面形成深度为2μm、宽度为5μm左右的凹槽，为下一步通过电化学阳极氧化制备结构稳定孔隙率高的多孔硅做准备。

进一步，本发明所述对刻蚀后的硅片进行清洗的具体操作是，分别采用丙酮、无水乙醇超声清洗刻蚀后的硅片并吹干。