[发明专利]透明柔性单晶硅材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种透明柔性单晶硅材料及其制备方法。本发明的透明柔性单晶硅材料包括呈片状的单晶硅片，单晶硅片上具有多个镂空孔，镂空孔组成阵列化镂空图案，单晶硅片上的孔占比为99％以下，单晶硅片的厚度为微米级。本发明得到了一种具有微观镂空孔状结构的透明柔性单晶硅材料，将推动单晶硅材料在新兴的透明、柔性电子领域的应用。

技术领域

本发明涉及单晶硅材料，尤其涉及一种透明柔性单晶硅材料及其制备方法。

背景技术

单晶硅材料是一种重要的半导体材料，具有优异的电学和光电性能，已经被广泛用于制造商用的太阳能电池、光电探测器、集成电路和各种传感器。但是，传统的单晶硅材料是坚硬、脆性以及不透明的，难以应用于目前正蓬勃兴起的透明柔性电子器件中。

目前研究者报道了一些柔性单晶硅的制备方法。一种方法是利用SOI基片上几百纳米到1微米厚的单晶硅层，通过光刻和反应离子刻蚀制备所需形状后转移到高分子基底上，形成柔性单晶硅结构(Nat.Commun.2017,8,1782)。这种方法制备的单晶硅层柔性较好，但原材料SOI基片非常昂贵，制备过程比较复杂，生产效率低。另一种常见的方法是将普通硅片在碱溶液中进行刻蚀减薄到数十微米的厚度，得到具有一定柔性的单晶硅结构(NanoLett.2013,13,9,4393)。但是这种方法得到的单晶硅片表面缺陷多，柔性和强度较差，例如，厚度为10微米以上的超薄硅片最小弯曲半径通常在5mm以上，而厚度为10微米以下的超薄硅片在操作过程中特别容易破损。另外，碱刻蚀减薄的超薄硅片弯曲刚度很大，进行弯曲需要施加很大的作用力。以上缺点都限制了这种减薄的单晶硅片在柔性器件中的应用。

尽管上述方法在制备柔性单晶硅材料方面取得了一定进步，但是所制备的单晶硅材料均是非透明性的，且赋予单晶硅的柔性均只依靠硅片的减薄而实现。目前尚缺乏具有透明特性的大面积柔性单晶硅材料，开发一种成本低、制备过程简单的透明柔性单晶硅材料的制备方法十分必要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种透明柔性单晶硅材料及其制备方法，本发明通过在单晶硅片上设置微观镂空孔状结构，提供了一种透明度可调的透明柔性单晶硅材料，可实现大面积的批量制备。

本发明的一种透明柔性单晶硅材料，包括呈片状的单晶硅片，单晶硅片上具有多个镂空孔，镂空孔组成阵列化镂空图案，单晶硅片上的孔占比为99％以下，单晶硅片的厚度为微米级。

进一步地，单晶硅片的厚度为10微米-50微米。

进一步地，镂空孔的形状为三角形、方形、圆形或多边形。

进一步地，单晶硅片上的孔占比为60％-99％。

本发明的第二个目的是提供一种上述透明柔性单晶硅材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)使用碱性溶液刻蚀洁净的硅片，刻蚀温度为50℃-150℃，得到单晶硅片；

(2)在单晶硅片的一侧表面涂布一层光刻胶，然后利用具有阵列化镂空图案的掩膜版对光刻胶进行曝光并显影，将掩膜版的图案复刻至光刻胶上，以在单晶硅片的一侧表面形成图案化的光刻胶；

(3)对经步骤(2)处理后的单晶硅片进行反应离子刻蚀，其中未被图案化的光刻胶遮掩的单晶硅片被刻蚀后形成镂空孔，被光刻胶遮掩的单晶硅片不被刻蚀，刻蚀完毕后去除光刻胶，得到透明柔性单晶硅材料。

进一步地，在步骤(1)中，包括将硅片依次用丙酮、超纯水、乙醇超声清洗，得到洁净的硅片的步骤。

进一步地，在步骤(1)中，硅片可以是购买的任意厚度的硅片。优选的是厚度不超过200微米的硅片，优选为双面抛光的硅片。