[发明专利]一种交变电场结合超声制备硅纳米结构的设备

说明书

本发明公开了一种交变电场结合超声制备硅纳米结构的设备，电机驱动两石墨电极旋转；三个超声发生器分别装配在反应釜内部的底面和两侧壁面上；一个超声发生器装配在釜端盖的下表面上。本发明通过两对超声发生器在硅片表面形成驻波场，使带电金属粒子停滞在驻波场的驻波节点上；石墨电极通电使带电金属粒子沿交变电场力方向运动，团聚在带电金属粒子周围的腐蚀液中的酸在带电金属粒子带动下与硅片表面反应；通过改变超声波频率和幅值改变驻波场中驻波节点位置，改变在硅片上的刻蚀位置；电机调整两石墨电极位置，使交变电场力方向改变；改变交变电流的频率和幅值，调整微结构刻蚀深度。本发明能按预设图案对硅片进行刻蚀。

技术领域

本发明属于硅纳米线结构材料制备技术领域，具体涉及一种交变电场结合超声制备硅纳米结构的设备。

背景技术

硅材料价格低廉，且具有优良的性能，其加工工艺也已日趋完善，成为目前应用最广泛的半导体材料之一；在计算机、互联网和电子产业等领域得到了广泛的应用，当今世界，集成电路技术和电子元器件技术的蓬勃发展与硅材料半导体加工工艺的提升密不可分；此外，硅材料在生物医学、航空航天和新能源等领域也有着广泛的应用，尤其在煤炭、石油等能源紧张的今天，研究硅材料提高能源转化率和单位体积的储能对人类社会的发展进步有着重要且积极的意义。

目前制备硅纳米结构的方法主要为湿法刻蚀和干法刻蚀；湿法刻蚀相对于干法刻蚀具有操作简单，成本低的优点，更有利于产业化发展；而贵金属催化化学腐蚀作为湿法刻蚀的一种，对制备硅纳米结构具有重要的影响，但因为受到硅自身晶向力的影响，带电金属粒子的运动轨迹具有随机性，无法加工制备出所需晶格走向的微纳结构，不能控制刻蚀方向制备复杂的硅纳米结构；为解决上述问题，需要研究一种具有高精确性的、可控的硅纳米结构加工设备，以提高硅材料的加工效率。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于交变电场和超声波的硅纳米结构加工设备，利用交变电流和超声波对腐蚀液中带电金属粒子的运动进行控制，提高制备硅纳米结构的精确性。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一种交变电场结合超声制备硅纳米结构的设备，包括反应釜、釜端盖、电机、连杆、超声发生器、石墨电极和和具有带电金属粒子的腐蚀液；所述的电机固定在釜端盖上；所述的连杆中部与电机的输出轴固定连接；所述连杆的两端均固定有光轴，两根光轴均垂直于连杆布置；每根光轴的下端均固定有石墨电极；三个超声发生器分别装配在反应釜内部的底面和两侧壁面上；一个超声发生器装配在釜端盖的下表面上；所述反应釜内部底面的超声发生器和釜端盖底面的超声发生器为一对，反应釜两侧壁上的两个超声发生器为一对；两个石墨电极均与交变电源连接。

优选地，所述反应釜的内部底面上开设有矩形槽一；所述反应釜的内部两侧壁面上均开设有矩形槽二；所述釜端盖的下表面上开设有矩形槽三；所述的矩形槽一与矩形槽三正对，两个矩形槽二正对；四个超声发生器分别固定在矩形槽一、两个矩形槽二和矩形槽三中。

优选地，所述的连杆与两个光轴通过两个圆环扣固定连接。

优选地，所述的釜端盖上开设有两个圆弧槽，两根光轴穿过两个圆弧槽设置。

优选地，所述的石墨电极为圆弧状结构。

本发明具有的有益效果是：

本发明通过两对超声发生器在硅片表面形成驻波场，使带电金属粒子按预设规律停滞在驻波场的驻波节点上；通过在石墨电极通电后形成交变电场，使得带电金属粒子沿交变电场力方向运动，并与硅片发生碰撞，团聚在带电金属粒子周围的腐蚀液中的酸在带电金属粒子带动下与硅片表面反应；通过改变超声波频率和幅值改变驻波场中驻波节点的位置，改变带电金属粒子在硅片上的刻蚀位置；通过电机调整两个石墨电极的位置，使交变电场力方向发生改变；通过改变交变电流的频率和幅值，调整硅片上微结构的刻蚀深度；本发明能按预设图案对硅片表面进行刻蚀，能对刻蚀精度进行控制，结构简单、便于操作。

附图说明