多孔硅的电化学制备与研究

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多孔硅含能芯片的制备工艺和性能研究

摘要：采用电化学双槽腐蚀法在Ｐ型单晶硅片表面生长多孔硅膜。利用超声强化原位装药技术，多孔硅膜中填充高氯酸铵或在
高氯酸钠制备多孔硅含能芯片。试验表明：采用电化学双槽腐蚀法可以制备厚度达９０～１Ｏｍ的不龟裂多孔硅厚膜；Ｏ
醇，析纯，分国药集团化学试剂有限公司。
２２多孔硅的制备．２２１电化学腐蚀法制备多孔硅的原理．．采用电化学双槽腐蚀法制备多孔硅，理原
如下：
出来的制备方法，还有电火花刻蚀法等物理制备方法。
仪，ＯＸＦＯＲＤ公司；ＯＬ３０型激光共聚焦显微镜，Ｓ１０
奥林巴斯光学工业株式会社；Ｃ１４Ａ型电化学分ＨＩ１０
重庆大学化工学院、京理工大学和２南１３所等单
入研究。当前对多孔硅的研究主要集中在ＭＥＭＳ技术和气敏／敏传感器方面，备的多孑硅膜厚度仅在湿制Ｌ
以上制备方法各有优缺点，中电化学双槽腐蚀法具其
有实验重复性好、验装置简单、于多孔硅膜的批量实便
生产和制备的多孔硅膜厚度大且不龟裂的优点。所以
收稿１期：２１ — １１；修回日期：０００ — ４３００ — ５０２１ —４１

多孔硅

四、展望
由于多孔硅的研究从一开始就有明确的应用目的，未来可以从以下几个方面去研究： 1、发光机理 2、色彩
五、应用

多孔硅的应用研究领域已经拓展到生物物递送等领域。
二、发展历史

1、1956年Uhlir首先制备并报道了多孔硅，随后多孔硅作为绝缘材料，即做成 SOL(Silicon on insulator)结构被应用于硅集成电路； 2、1984年Pickering等首先在低温(4．2K) 下观察到了多孔硅的可见光致发光现象，但当时未引起足够的重视。

3、1990年Canham 首次报道了多孔硅在室温下具有强烈的可见光致发光现象后，多孔硅的研究才得到较大的进展，人们相继发现了多孔硅多种颜色(红、蓝、绿、紫、黄、紫外、蓝绿以及黄绿等)的光致发光和电致发光．鉴于硅基发光材料在光电子学领域巨大的潜在应用前景，有关多孔硅的制备、光致(电致)发光特性以及发光器件等方面的研究便迅速成为当今国际凝聚物理和材料研究领域的研究热点
多孔硅

一、定义及特点二、发展历史三、制备方法四、展望五、应用
一、定义及特点

1、定义
多孔硅是一种新型的一维纳米光子晶体材料，具有纳米硅原子簇为骨架的“量子海绵”状微结构，可以通过电化学阳极腐蚀或化学腐蚀单晶硅而形成。

2、特点
多孔硅具有良好电致发光特性，在光或电的激发下可产生电子和空穴，这些载流子可以复合发光，在电场的作用下进行定向移动，产生电信号，也可以储能。多孔硅在光学和电学方面的特性为全硅基光电子集成和开发开创了新道路，并迅速引起了国内外对多孔硅的研究热潮。由于多孔硅具有比表面大，易氧化的特点，因而被用作集成电路中的结构隔离层

硅太阳电池表面多孔硅的制备与作用

硅太阳电池表面多孔硅的制备与作用
林敏，张凤鸣，吴小山
（１．南京大学光伏工程中心，江苏南京２．南京大学物理学院，江苏南京２１００９３；２１００９３）
摘要：利用电化学方法在硅太阳能电池的金字塔上面刻蚀一层多孔硅，研究多孔硅对硅表面反射率、光电转
ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃａｎｂｅ２％．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｐｏｒｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎ．ｔｈｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｅｃｏｎｖｅｒ阳能电池；多孔硅；金字塔；光电转换量子效率
文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３７８８／ｆｇｘｂ２０１３３４０６．０７５８
中图分类号：０７４２．９
ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＥｆｆｅｃｔｏｆＰｏｒｏｕｓＳｉｌｉｃｏｎｏｎ
ＴｈｅＳｕｒｆａｃｅｏｆＳｉｌｉｃｏｎＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ
ＬＩＮＭｉｎ，ＺＨＡＮＧＦｅｎｇ — ｍｉｎｇ。ＷＵＸｉａｏ．ｓｈａｎ
，
（１．ＰｈｏｔｏｖｏｈａｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９３，Ｃｈｉｎａ；２．ＰｈｙｓｉｃｓＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９３，Ｃｈｉｎａ）

化学气相沉积法制备纳米多孔硅材料

化学气相沉积法制备纳米多孔硅材料纳米材料在科学领域中具有重要的应用价值，近年来各种纳米材料的研究成为材料科学领域的热点。

纳米多孔硅材料是一种新型纳米材料，其具有很多优异的物理和化学特性，并且在生物医学、电子学、传感器和催化剂等领域具有非常重要的应用价值。

化学气相沉积法制备纳米多孔硅材料，是一种有效的方法。

下面将从纳米多孔硅材料的特点、化学气相沉积法的操作和实验参数的选择三个方面，进行详细的介绍。

一、纳米多孔硅材料的特点纳米多孔硅材料具有很多优异的物理和化学特性。

首先，纳米多孔硅材料的晶格结构较为特殊，其具有高度的表面积和大量的孔隙结构，因此具有较好的催化活性和吸附性能。

其次，纳米多孔硅材料的尺寸较小，可有效地减小材料体积和质量，提高材料的特异性。

同时，纳米多孔硅材料在光学与电子学等领域中也有着重要的应用，如磁性材料和光电场效应器件。

总体而言，纳米多孔硅材料具有广泛的应用前景。

二、化学气相沉积法的操作化学气相沉积法是一种基于热化学反应的纳米多孔硅材料制备方法，操作比较简单。

具体而言，该方法是利用特定的前驱体气体，在高温气氛下进行反应，沉积制备纳米多孔硅材料。

实验上，通常需要将硅基片放在反应炉中，然后加入前驱体气体，通过热化学反应产生纳米多孔硅材料，最后将产物冷却并取出硅基片。

该方法操作简单，但需要仔细控制实验参数以获得高质量的产物。

三、参数的选择为了获得高质量的纳米多孔硅材料，实验参数的选择至关重要。

其中，前驱体气体、反应温度、反应时间和反应压力是影响纳米多孔硅材料质量的主要因素。

一般而言，CO2、O2、H2、SiH4等前驱体气体的选择，可以通过调节气相反应中的化学反应以控制产物形态；反应温度通常在500-900℃之间，太低反应不足，太高易引起烧结和材料热退化等问题；反应时间需要根据试验情况进行选择，一般为几分钟至几个小时；反应压力一般处于10-100 mTorr的范围。

总之，化学气相沉积法是制备纳米多孔硅材料的有效方法，其具有易操作、样品结构可控，制备多种不同形态的纳米多孔硅材料的优点，因此获得了广泛应用。

制备不同孔径硅胶的方法研究

制备不同孔径硅胶的方法研究随着科学技术的不断进步，硅胶材料已成为许多工业、医疗和军事领域中不可或缺的材料。

它的许多特性，如高比表面积、高吸附性能、低毒性等，使它成为探究各种表面现象和制备高效催化剂的重要材料。

针对不同应用场景，科学家们可以制备出不同孔径的硅胶，以满足不同场合的需求。

本文将介绍四种制备不同孔径硅胶的方法，分别是溶胶-凝胶法、电化学腐蚀法、介孔硅胶模板法和软模板法。

一、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法（sol-gel method）是最常用的制备硅胶的方法之一。

具体来说，将硅酸酯或硅烷在有机溶剂中水解成二氧化硅胶体，然后在高温下煅烧去有机残留物，形成硅胶。

这种方法可以制备出直径较小的孔道，其孔径大小可以通过改变前驱物的种类和根据不同温度煅烧时间来调节。

二、电化学腐蚀法电化学腐蚀法（electrochemical etching method）是一种在有催化剂活性助剂下，通过电化学反应从高纯度晶体中蚀刻出微孔的方法。

首先将硅片暴露在电解液中，在电场的作用下，硅片表面开始被削除，形成孔洞。

这种方法可以制备出亚微米至微米级别的孔径，非常适合做到高精度微型加工和纳米加工。

三、介孔硅胶模板法介孔硅胶模板法（mesoporous silica template method）是利用有机高分子或生物有机碳源制备介孔材料的方法。

所谓生物有机碳源是指一些植物浸取液，如稻草、玉米秸秆、甘蔗渣等。

将这些碳源与硅酸乙酯（TEOS）共同反应，生成一种介孔有机硅复合材料，通过焙烧后，模板被燃烧，沿着模板孔道形成介孔硅胶。

这种方法可以制备出纳米至微米级别的孔径。

同时，这种方法中使用的有机高分子可通过改变单体种类、链长、性质等来制备出不同孔径、不同形状的硅胶材料。

四、软模板法软模板法（soft-template method）是利用某些分子（如N、O、P等）与硅源反应，形成一种类似高分子结构的模板（软模板）。

硅源在模板的结构控制下凝聚成相应的硅胶。

多孔硅的形貌、制备和应用

多孔结构。
化学腐蚀制备的多孔硅表面均匀性低，孑Ｌ深
化学腐蚀方法简易，操作简单。但反应产生
大量的ＮＯ气泡会附着在硅片表面；而且由于氟离子容易形成氢键，降低ＨＦ活性。使多孔硅表面的腐蚀非常不均匀，难以控制孔的深度和孔
比较浅，孔的深度和孔径都难以控制。为了克服了化学腐蚀的不足，发展了电化学腐蚀法。
２．２电化学阳极腐蚀法
电化学阳极腐蚀法是以单晶硅为阳极，铂为阴极，氢氟酸和乙醇为电解液，通过电腐蚀制备
多孔硅，其孔直径为微米或纳米尺度、孔深在几
径，腐蚀既有纵向腐蚀也有横向腐蚀，致使多孔
硅壁贯穿，部分或全部多孔硅层从硅基片上脱落，孔的深度有限，硅表面粗糙。因此该方法大
多形成图２所示的绒面表面。
微米到几十微米。电化学腐蚀反应如式５一
式１２。
在化学腐蚀法基础上陆续发展了光化学腐蚀法、受控错位刻蚀法和水热腐蚀法等。
阳极反应：
Ｓｉ＋４ＯＨ一＋ｎｈ — ｝Ｓｉ（ＯＨ）＋（４一ｎ）ｅ一
２．１．１光化学腐蚀法光照能够产生硅腐蚀反应必需的电子和空
貌结构。
宋晓岚等人的研究表明Ｐ型和Ｎ型硅片

多孔硅电学特性研究

中图分类号：０７；７４２０４８文献标识码：Ａ文章编号：０１４８（０８０ — ０９０１０—３１２０）２００—５
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｐｏｏｉｉｏｎ（ｒｕｓｓｌｃＰＳ）ｗａｒｐｒｄｉｏｕｂｅｔｎｋｃｌｂｉｇｔｅｅｅｔｏｈｅｃｌｃｒ－ｓｐｅａｅｎａｄｌ— ａｅｌｙｕｓｎｈｌｃｒｃｍｉａｏｒｏ
体积比为Ｉ：Ｉ的４（量分数）氢氟酸与９．０质的９７
等众多方面得
（质量分数）的无水乙醇的混合液，施加的电流密度所分别为４，００８ｍＡ／ｍ１０ｃ和０ｍＡ／ｍ腐蚀时间均为ｃ，３ｍｉ。所制备多孔硅样品的孔隙率采用称重法算０ｎ
ｋｉｄｏｆｍｉｒｓｒｃｕｒｒｈｏｏｕｎｃｏｔｕｔｅｅｅｔｒｇｈｌｎｖｓｉａｅ．Ｉｓｓｗｎｔｔｔｅｔａｖｅｓｙｉｅｔｇｔｄｔｗａｈｏｈａｈｒｎｓｒｅ
ｉｔｃｈｓｋｉｃｏｔｕｔｒｒａｎｌｅｉｅｈｅｅｅｔｉａｏｒｉｓｏｓｉｓｏｆｔｉｎｄｏｆｍｉｒｓｒｃｕｅｗｅｅｍｉｙｄｃｄｄｂｙｔｌｃｒｃｌｐｒｐｅｔｅｆＰＳｎｄｒａｅ，ｕｅｌｙｒｗｈｉｈｈｄｎｏｅｔｆｎｇｐｒｐｅｔｅｆｏｈｉｏａｔ．ｃａｎｒｃｉｙｉｏｒｉｓｏｍｃｃｎｔｃｓＫｅｒｓ：ｏｒｕｓｓｌｃｎ；ｄｏｙｗｏｄｐｏｉｉｏｕｂｌ－ａｌｃｒｃｍｉａｏｒｏｉｔｏｄ；ｅｔｎｋｅｅｔｏｈｅｃｌｃｒｓｏｎｍｅｈ

多孔硅材料的制备与性能研究

多孔硅材料的制备与性能研究近年来，多孔材料在各个领域中得到了广泛的应用。

而多孔硅材料作为一种新型的多孔材料，在能源存储、催化剂以及生物医学等领域中具有广阔的应用前景。

本文将就多孔硅材料的制备方法以及其性能研究进行探讨。

一、多孔硅材料的制备方法多孔硅材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法、模板法和电化学腐蚀法等。

在溶胶-凝胶法中，首先通过水解和缩合反应形成凝胶，然后通过热处理或化学处理使之形成多孔结构。

这种方法具有制备工艺简单、成本低廉的优点，但其孔径分布范围较窄。

模板法通过使用有机或无机模板剂在硅源溶胶中形成孔道结构，然后通过烧结或氧化去除模板剂，最终得到具有多孔结构的硅材料。

这种方法能够制备出具有可控孔径和孔道结构的多孔硅材料，但模板剂的选择和去除过程较为复杂。

电化学腐蚀法则是通过在一定电位下将金属或合金腐蚀形成孔洞，然后将之填充或转化为多孔硅材料。

这种方法制备的多孔硅材料孔径分布范围较广，但制备工艺较为繁琐。

二、多孔硅材料的性能研究1. 孔结构控制多孔硅材料的性能与其孔结构密切相关。

因此，通过调控制备方法可以实现对多孔硅材料孔结构的控制。

可以通过改变前驱体的类型、溶剂的种类和浓度、反应温度等条件来控制多孔硅材料的孔径和孔道结构。

研究表明，当使用有机溶剂时，多孔硅材料的孔径通常较小，而使用无机溶剂时，多孔硅材料的孔径较大。

此外，反应温度的升高有助于减小多孔硅材料的孔径。

2. 光学性能多孔硅材料具有较高的折射率和较低的杂散光损耗，因此在光学器件中有着广泛的应用。

研究表明，多孔硅材料中的孔道结构可以通过调节前驱体的浓度和反应温度来控制。

同时，多孔硅材料的孔径和孔道结构也会对其光学性能产生影响。

通过控制多孔硅材料的孔径和孔道结构，可以实现对其折射率的调节，从而实现光学器件的性能优化。

3. 催化性能多孔硅材料在催化领域中也具有潜在应用。

多孔硅材料的大比表面积和孔道结构可提供更多的活性位点和质量传递通道，从而促进催化反应的进行。

电化学阳极法多孔硅步骤

电化学阳极法多孔硅步骤引言多孔硅是一种重要的材料，在电子器件、催化剂、传感器等领域具有广泛的应用。

电化学阳极法是一种常用的制备多孔硅的方法，通过对硅的电化学腐蚀过程控制，可以得到不同孔径和形貌的多孔硅材料。

本文将介绍电化学阳极法制备多孔硅的步骤。

1.硅基片的制备首先，需要准备硅基片。

硅基片可以通过切割单晶硅棒或多晶硅片得到。

在制备硅基片的过程中，需要保证硅基片的表面平整，并且没有明显的缺陷。

2.清洗硅基片将准备好的硅基片放入去离子水中，超声清洗10分钟，以去除表面的杂质和有机物。

然后用去离子水冲洗，最后用氮气吹干。

3.沉积金属膜在硅基片上沉积一层金属膜，可以选择银、镍等金属。

金属膜的厚度通常为几十纳米至几百纳米，可以通过热蒸发、溅射等方法进行。

4.活化金属膜将沉积好的金属膜进行活化。

活化的方法有热处理和阳极氧化两种。

其中，阳极氧化是一种常用的方法。

在阳极氧化过程中，通过控制电流密度和氧化时间，可以得到不同孔径和形貌的多孔硅。

5.腐蚀金属膜将活化好的金属膜放入腐蚀液中进行腐蚀。

腐蚀液一般为含有氢氟酸的溶液，可以选择不同浓度的氢氟酸。

腐蚀时间的长短决定了多孔硅的孔径大小。

6.清洗多孔硅腐蚀后的多孔硅片需要进行清洗，以去除腐蚀液的残留物和其他杂质。

将多孔硅片放入去离子水中超声清洗10分钟，然后用去离子水冲洗，最后用氮气吹干。

7.表面修饰根据需要，可以对多孔硅片进行表面修饰。

例如，可以使用硅烷偶联剂对多孔硅表面进行修饰，增加其与其他材料的粘接性。

结论电化学阳极法是一种常用的制备多孔硅的方法。

通过控制硅的电化学腐蚀过程，可以得到具有不同孔径和形貌的多孔硅材料。

制备多孔硅的步骤包括硅基片的制备、清洗硅基片、沉积金属膜、活化金属膜、腐蚀金属膜、清洗多孔硅以及表面修饰等。

多孔硅在电子器件、催化剂、传感器等领域具有广泛的应用前景。

希望本文对您理解电化学阳极法制备多孔硅的步骤有所帮助。

多孔硅的制备及其吸杂处理对电学性能的影响

的影响，从多孑硅的结构出发探究多孔硅吸杂的机理。结果表明，电流密度增加，Ｌ并Ｌ随孑隙率明显增加，孔硅在电流密多
度为１００ｍＡ／ｍｃ时，隙率最大；流密度越大，孔硅伴随所产生的弹性机械应力增加，格常数相应增加，两个因孔电多晶这素都有利于缺陷和金属杂质在多孔硅层一底界面处迁移和富集，致单晶硅吸杂后电阻率增大。基导关键词：孑硅；多Ｌ电化学腐蚀；杂性能；吸电阻率
ｖｌｅｒｃｉｖｄｆｒｔｅｃｒｅｔｄｎｉｙ１０ａｕｓａｅａｈｅｅｏｈｕｒｎｅｓｔ０ｍＡ／ｍｃ．Ｔｈｏｏｓｓｌｏａｅｏｍａｉｎｗａｃｅｐｒｕｉｃｎｌｙｒｆｒｔｏｓａ — ｉ
ｏｅｔｒｎｎｔｅＥｌｃｒｃｌＰｒｐｒｉｓｆＧｔｅｉｇｏｈｅｔｉａｏｅｔｅ
李佳艳，郭素霞，谭
毅，辰光。刘
（１辽宁省太阳能光伏系统重点实验室，辽宁大连１６２；１０４２大连理工大学材料学院，辽宁大连１６２）１０４
Ｌｉ— ａ，ＩＪａｙｎＧＵＯｕｘａ～，Ｓ — ｉＴＡＮ，ＩＣｈｎｇａｇ ’ ＹｉＬＵｅ — ｕｎ
（ＫｅｂｏａｏｙｆｌｒＥｎｅｇｏｏｏｌａｃＳｙｔｍｆＬｉｏｎｎｏｉｅ，１ｙＬａｒｔｒｏｒＳｏａｒｙＰｈｔｖｔｉｓｅｏａｉｇＰｒｖｎｃＤａｉｎ１６４，ａｉｇ，ｌａ１０２ＬｉｏｎｎＣｈｉｎａ；２ＳｃｏｆＭａｅｉｌｉｎｃｎｄＥｎｇｎｅｒｎｇ，ｈｏｌｏｔｒａｓＳｃｅｅａｉｅｉＤａｉｎＵｎｉｅｓｔｆＴｅｈｎｏｌａｖｒｉｙｏｃｏｌｇｙ，ｌａ６４，ａｎｎｇ，Ｄａｉｎ１０２Ｌｉｏｉ１Ｃｈｉａ）ｎ

双槽电化学腐蚀法制备多孔硅的研究

ＺＨＡＮＧｎＬＯＵ — ｅ，Ｐｉｇ。ＬｉｆｉＣＨＡＩＣｈｎ — ｈｕＹＡＮＧｎｔｎｇａｇｃｎ，Ｙｉ —ａ
（Ｋｅ．ｂｏｉｉｔｙｏｕａｉｎｆｒＷｉｅＢａｄｇｐＳｅｃｎｃｏｒＭａｅｉｌａｄＤｅｉｅ，ｙＩａ．ｆＭｎｓｒｆＥｄｃｔｏｏｄｎ — ａｍｉｏｄｕｔｔｒａｓｎｖｃｓＸｉｎＵｎｖｒｉｆＥｌｃｒｎｃＳｅｅｃｎｃｎｌｇＸｉａ０７１Ｃｈｎ）ａｉｅｓｔｏｅｔｏｉｉｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙ．ｎ７１０．ｉａｙ
在一定的阳极氧化条件下，表面会发生不均硅
的Ｓ晶粒组成，海绵状结构，种多孑硅可由低ｉ呈这Ｌ掺杂的Ｎ型或Ｐ型硅在一定光照条件下获得＿。２］目前已对多孑硅的制备方法、Ｌ形成机理和特性进行了深入的研究，用了多种制备方法，阳极刻采如
普通材料牺牲层却不可能达到这样的厚度。
蚀法、光诱导刻蚀、锈蚀法和火花腐蚀等。阳极刻蚀法以单晶硅片作阳极，铂片作阴极，以适当的电流在氢氟酸和酒精的混合液中进行恒电流氧化，硅片在
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｈｈｒｃｅｉｔｎｒｐｒｎｆｐｒｕｉｃｎｗｅｅｄｓｕｓｄｅｃａａｔｒｓｉａｄｐｅａｉｇｏｏｏｓｓｌｏｒｉｃｓｅ．Ｔｈｏｏｓｓｌｏｓｓｃｅｓｕｌｃｉｅｐｒｕｉｃｎｗａｕｃｓｆｌｉｙｐｅａｅｙｄｕｌ－ｅｌｅｅｔｏｈｒｉａｔｈｎ．ＴｈＥｈｔｓｏｏｏｓｓｌｏｒｐｒｄｂｏｂｅｃｌｅｅｔｏｒｐｒｄｂｏｂｅｃｌｌｃｒｃｅｎｃｌｅｃｉｇｅＳＭｐｏｏｆｐｒｕｉｃｎｐｅａｅｙｄｕｌ－ｅｌｌｃｒ — ｉ

多孔硅论文多孔硅的制备及发光特性的研究(精)

多孔硅论文：多孔硅的制备及发光特性的研究【中文摘要】本文采用传统的电化学阳极腐蚀法制备p型多孔硅。

通过扫描电子显微镜来观察p型多孔硅表面形貌和腐蚀失重计算p型多孔硅孔隙率和硅层厚度,研究腐蚀时间、电流密度和HF浓度对p型多孔硅电化学阳极腐蚀法制备条件的影响。

结果表明,随腐蚀时间、电流密度和HF浓度逐步增加p型多孔硅的孔隙率先增大后减少,随着腐蚀时间、电流强度和HF浓度的增加,p型多孔硅的厚度逐步增加,呈线性关系。

通过使用荧光分光光度计在室温下测量p型多孔硅光致发光谱,研究腐蚀时间、电流密度和HF浓度对p型多孔硅电化学阳极腐蚀法光致发光特性的影响。

结果表明,增加腐蚀时间,电流密度和HF浓度都能引起p型多孔硅的光致发光谱峰位的蓝移变化。

最后,通过正交优化试验的方法,对p型多孔硅光致发光特性的电学阳极腐蚀法制备条件进行优化。

确定较优的p型多孔硅光致发光特性的电化学阳极腐蚀法制备条件为：腐蚀时间30min,电流密度12mA/cm2, HF 浓度6wt%。

【英文摘要】In this thesis, p-type Porous Silicon was obtained by conventional electrochemical anodization. Morphology of p-type Porous Silicon was observed by scanning electronic microscope (SEM), porosity and thickness of p-type Porous Silicon was studied by calculating weight loss. The influence of etching time, current density and HF concentrationto the fabrication of p-type Porous Silicon by conventional electrochemical anodization was studied. The results showed that increase of etching time, current density and HF concentration, the porosity of p-type Porous Silicon increase, then decrease and the thickness of the Porous Silicon is increased gradually, which fit a linearrelationship.Photoluminescence of Porous Silicon was indicated by fluorescence spectrum at room temperature. The dependence of room temperature visible photoluminescence of Porous Silicon and its microstructure on the anodization conditions, such as etching time, current density and HF concentration were studied. The results showed that the increase of etching time, current density and HF concentration results in a blue shift of luminescent wavelength.At last, The optimum technology of the Porous Silicon fabrication was determined by orthogonal experimental design. The research results of the experiments show that conditions for etching time 30min, current density 12mA/cm2 and HF concentration 6wt%.【关键词】多孔硅制备孔隙率光致发光【英文关键词】porous silicon fabrication porosity photoluminescence【目录】多孔硅的制备及发光特性的研究摘要4-5ABSTRACT5目录6-7第一章绪论7-20 1.1 多孔硅研究发展概述7-8 1.2 多孔硅的制备方法8-11 1.3 多孔硅的形成机理11-14 1.4 多孔硅的发光机理14-17 1.5 多孔硅发光材料的应用17-18 1.6 选题意义及研究内容18-20第二章电化学阳极腐蚀法制备p型多孔硅实验20-32 2.1 实验材料20 2.2 实验仪器和化学试剂20-21 2.3 实验装置21-26 2.4 工艺流程26-31 2.5 测试方法与仪器31-32第三章 p型多孔硅电化学阳极腐蚀法制备条件的研究32-42 3.1 p 型多孔硅表面形貌的参数32-33 3.2 腐蚀时间对p型多孔硅表面形貌的影响33-35 3.3 电流密度对p型多孔硅表面相貌的影响35-38 3.4 HF浓度对p型多孔硅表面形貌的影响38-41小结41-42第四章 p型多孔硅的光致发光特性的研究42-50 4.1 腐蚀时间对p型多孔硅光致发光特性的影响42-43 4.2 电流密度对p型多孔硅光致发光特性的影响43-44 4.3 HF浓度对p型多孔硅光致发光特性的影响44-45 4.4 p型多孔硅光致发光特性制备条件的优化45-48小结48-50结论50-51致谢51-52参考文献52-55。

多孔硅基材料的制备及其在催化剂中的应用研究

多孔硅基材料的制备及其在催化剂中的应用研究多孔硅基材料是近年来发展起来的一类新型材料，具有较高的比表面积、较大的孔隙度、优异的化学稳定性和良好的可控性等优点。

在催化剂领域，多孔硅基材料作为载体材料和功能化修饰材料被广泛应用，可用于有机合成、脱硫脱氢等反应中，具有良好的催化性能和选择性。

一、多孔硅基材料制备方法多孔硅基材料的制备方法多种多样，从化学加工到物理加工，可以根据需求选择不同的方法制备出高质量的多孔硅基材料。

以下介绍几种常见的制备方法：1.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是多孔硅基材料制备的重要方法之一，将硅烷等硅源物在非水性溶液中水解缩合，得到凝胶，再通过洗涤、烘烤等处理制备出多孔硅基材料。

溶胶凝胶法具有较高的成品率和可控性，在催化剂制备中得到广泛应用。

2.电化学法电化学氧化还原反应使含有硅源的电极表面氧化，消耗氧化物，使得电极内部脱去硅酸盐，在电极表面形成多孔硅膜。

电化学法具有简单、操作方便等优点，可利用溶液中硅源的浓度、电解液的化学成分等条件来调节多孔硅基材料的孔径大小。

3.物理蚀刻法物理蚀刻法是将单晶硅片用特殊液体进行腐蚀加工，在晶体表面形成纳米孔道或微孔道。

该方法不需要制备凝胶，具有孔径可控性强、多孔度高等优点，同时，制备过程不增加杂质，没有毒性污染等特点。

二、多孔硅基材料在催化剂中的应用多孔硅基材料作为载体材料和功能化修饰材料已经被广泛应用于研究和开发高效催化剂。

1.载体材料多孔硅基材料作为载体材料可以将金属和非金属等活性组分载在其上，形成活性成分的固定体系。

多孔硅基材料的孔径大小、孔壁化学性质等参数可调控，能够调节和控制不同反应的反应速率、选择性和催化剂的稳定性等性质。

例如，将多孔硅基材料用于甲烷加氢反应中作为载体，可以提高反应的活性和选择性，同时具有较好的耐热性和稳定性。

2.功能化修饰材料多孔硅基材料可以通过物理或化学方法进行表面修饰，实现对催化反应的控制。

通过表面修饰，可以增加催化剂的活性位点数量和催化效率，提高催化剂的选择性和稳定性等性能。

多孔硅的电化学形成及微结构研究

文章编号：１０－９Ｘ（０６２０７－４０７７１２０）０－１７０
多孔硅的电化学形成及微结构研究
张乐欣 ’ ，李志全，李葵英
（．山大学材料科学与工程学院，河北秦皇岛０６０；２燕山大学电气工程学院，河北秦皇岛０６０）１燕６０４．６０４
每一个参数考虑３种状态，制各了９个样品，这九个样品来自～硅片。一实验参数正交如表１所示。
表１实验参数止交表
Ｔｂ１Ｅｐｒｎａａａｔｒａｘｅｉｍｅｔｌｒｍｅｅｓｐ
如
如
如
依赖丁ＰＳ的结构，因而获取ＰＳ微结构和表面形貌
电化学腐蚀制备多孔硅是采用自制的实验装置：电解池的材料采用耐氢氟酸的聚【氟乙烯，单ｎ｛
晶硅片为阳极，铂片为阴极，铂丝作为参比电极，
的信息是至关重要的。本次试验采用自制的电解
Ａｌ在４０℃进行２ｍｉ速退火，以得到良好层２０ｎ快
发红色荧光，黑暗中肉眼可以清楚地看到。Ｓ能在Ｐ
产生可见光区的光发射，为实现硅基发光器件和光
的欧姆接触。按照文献［４】中所示的密封方法对不进行多孔化的部分进行密封（多孔化面积恒为ｌ
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第３０卷第２期
２００６年３月
燕山人学学报
ＪｕａｆａｓａｉｅｓｔｏｒｌｎｈｎＵｎｖｒｉｎｏＹｙ

永冲电化学腐蚀制备n型多孔硅及其发光性能

技＿蚕
条件的变化，其发光峰位及发光强度均有明显改变；当等效腐蚀时间为３０ｍｉｎ、占空比为０．５、
脉冲频率为１０Ｈｚ时，制备的ｎ — ＰＳ的ＰＬ强度较高，发光性能较好。山关键词：脉冲腐蚀；多孔硅；光致发光
ＳＯＮＧＸｉａｏ－ｌａｎ，ＺＨＡＮＧＹｉｎｇ，ＨＵＡＮＧＳｈｕ－ｔａｏ，ＧＥＮＧＢｏ－ｙａｎｇ，ＭＥＮＧＲａｎｇ－ｂｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＭｉｎｇ－ｗａｎ，ＹＡＮＧＹｉ－ｚｈａｏ，ＺＨＯＮＧＹｉ－ｓｈｕｎ，ＹＵＺｈｅｎ — ｘｉｎｇ
ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＮ－ｔｙｐｅＰｏｒｏｕｓ
ＳｉｌｉｃｏｎｂｙＰｕｌｓｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＡｎｏｄｉｚａｔｉｏｎ
第３期２０１３年６月
Ｎｏ．３
Ｊｕｎｅ２０１３
脉冲电化学腐蚀制备ｎ型多孔硅及其发光性能
宋晓岚，张颖，黄书涛，耿柏杨，蒙让彬，张铭婉，杨屹朝，钟一顺，喻振兴
（中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙４１００８３）摘要：采用脉冲电化学腐蚀法，以ｎ型单晶硅为衬底制备多孔硅（ｎ — ＰＳ），通过扫描电镜

多孔硅的制备

多孔硅的制备与表征[摘要]多孔硅（Porous Si）是一种具有纳米多孔结构的材料，可以通过晶体硅或非晶硅在氢氟酸中进行阳极氧化来获得。

多孔硅由于原料储备大，制作工艺简单，是一种很有潜力的材料。

同时，多孔硅作为一种硅基纳米发光材料，由于具有与现有硅芯片集成容易、研制成本低以及发射光均匀、多色等优点而被国内外科学家广泛研究，现已成为20世纪90年代以来硅基纳米材料的主要代表。

本论文在进行大量的文献调研基础上，对多孔硅的发展历史、形成机理、分类方法、制备方法及应用方向等进行了简要概述。

本论文研究了多孔硅的制备技术和表征，用比较简单且经济实惠的方法制备了多孔硅，并比较了在不同条件下制得的多孔硅形貌特征和结构差异。

[关键词]多孔硅；电化学方法；结构；光致发光Preparation and Characterization of the Porous Silicon Electronic Information Engineering Specialty SI Wen-fang Abstrac t: Porous silicon(PS) is a material with nanoporous structure. It can be obtained through the crystalline silicon or amorphous silicon anodic oxidation in hydrofluoric acid. Because of its big raw materials reserve and simple manufacturing process, porous silicon is a potential material. At the same time, as a silicon-based material with light-emitting function, porous silicon has been widely researched by scientists all of the world and becomes a represent of silicon-based nanometer materials because of its merits, such as easy integrating with silicon chips, low cost, several colors light emitting etc.Based on a lot of literature investigation, the development history, the forming mechanism, classification, preparation method and the applied direction of the porous silicon is briefly reviewed in this paper. The preparation technology and characterization of porous silicon is researched in this paper. A simple and economical method of the preparation is used in the experiment. Besides, the appearance characteristics and structural differences of the porous silicon in different conditions are discussed in this paper.Key words: Porous silicon; electrochemical method; structure; photoluminescence目录1 引言 (1)2 多孔硅基本原理与概述 (1)2.1 多孔硅发展历史 (1)2.2.1 Beale耗尽模型 (2)2.2.2 扩散限制模型 (2)2.2.3 量子限制模型 (2)2.3 多孔硅的分类 (4)2.4 多孔硅的制备方法 (5)2.4.1 阳极腐蚀法 (5)2.4.2 水热腐蚀法 (6)2.4.3 火花放电法 (7)2.4.4 化学腐蚀法 (7)2.5 多孔硅的应用 (7)3 多孔硅制备的实验过程 (8)3.1 仪器和试剂 (8)3.2 单晶硅片清洗 (8)3.3 多孔硅制备 (8)3.4 多孔硅表面处理 (9)3.4.1 阳极氧化表面处理法 (10)3.4.2 阴极还原表面处理法 (10)4 多孔硅的微结构研究 (10)4.1 制备多孔硅的实验结果对比 (10)4.2 多孔硅微表面和横截面形貌研究 (11)4.2.1 多孔硅AFM表面形貌研究 (12)4.2.2 多孔硅表面三维形貌研究 (12)4.2.3 多孔硅表面二维形貌研究 (13)4.3 多孔硅SEM截面形貌研究 (15)4.4 多孔硅SEM表面形貌研究 (18)5 多孔硅光电特性的分析 (19)5.1 概述 (19)5.2 多孔硅的光致发光. (20)5.2.1 多孔硅发光谱研究 (20)5.2.2 多孔硅发光机理 (21)结束语 (23)参考文献 (24)致谢 (25)1引言多孔硅（PS）是一种具有纳米多孔结构的材料，可以通过晶体硅或非晶硅在氢氟酸中进行阳极氧化来获得。

双槽电化学腐蚀法制备多孔硅的研究

双槽电化学腐蚀法制备多孔硅的研究摘要本文通过双槽电化学腐蚀法制备多孔硅，主要研究腐蚀电流密度与腐蚀时间两个制备因素对制备的多孔硅的微观结构的影响。

本文在p+硅片上通过30mA/cm2的腐蚀电流的条件完成腐蚀时间为10min、20min、30min、40min、50min的多孔硅的制备；在p+和p＜100>两种硅片上，腐蚀时间40min的条件下完成腐蚀电流密度为20mA/cm2、40mA/cm2、60mA/cm2、80mA/cm2的多孔硅制备。

对所制备的多孔硅进行扫描电镜观察，观察其微观结构，然后根据所制备的多孔硅测量计算出各制备条件下多孔硅的孔隙率，结果表明，随着电流密度的增大，多孔硅的孔隙率逐渐增大，呈线性增加趋势；随着腐蚀时间的增长，多孔硅的孔隙率表现为先增大后减小的趋势[1]。

关键词多孔硅；双槽电化学腐蚀法；孔隙率1 课题研究的目的与意义作伴随着MEMS技术发展，与可见光源开发，多孔硅被广泛应用于各领域的传感器与探测器、发光二极管、绝缘材料等多方面，但是，因为多孔硅材料特有的可见光致发光现象，这种材料开辟了多孔硅被应用于可见光区光电子器件制作的新方向。

人们在原有基础性研究之上，增加进行了在照明材料、太阳能电池、光学器件、生物医学等方面的开创性的研发[2]。

2 多孔硅的化学腐蚀法制备多孔硅的制备原理：电化学腐蚀法制备多孔硅，利用了腐蚀液与硅片进行化学反应时，化学键的破坏与结合的原理对硅片表面进行改变与腐蚀。

当氢氟酸作为电解液时，硅片置于其中的时候，氢氟酸溶液中的氟离子在电流的作用下不断破坏硅氢键，从而形成SiF4和H2。

随后，落入腐蚀液中的SiF4不断使硅基体形成孔洞[3]。

单槽腐蚀或者双槽腐蚀都是众多多孔硅制备方法中较为基础并且比较简单的制备方法，从实验装置结构上分析，双槽法制备多孔硅时硅片是垂直水平面放置的，在硅片与氢氟酸接触时，反应会产生氢气，且氢气会不断向上浮动，因此会对产生的多孔结构产生影响，同时反应所产生的气体附着在硅表面，会影响硅片与腐蚀液的接触，影响实验效果，但综合考虑，本文采用双槽电化学腐蚀法制备多孔硅[4]。

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谱仪对不同孔隙率和厚度的多孔硅样品进行了导热率
测定。
３结果与讨论
３１多孔硅孔隙率的研究．３１１腐蚀时间对孔隙率的影响．．孔隙率是指多孔硅中孔隙体积占被腐蚀区域总体
积的百分数。根据这个定义，隙率应该表示为：孔
Ｃｎａ妇１９ａｈｍ［于９０年首次报道了多孔硅在室温下可以
采用德国产的ＤＫＴＡＫ３３Ｅ００型表面轮廓仪测试
了多孔硅的厚度；用Ｎａｏｃｐ使ｎＳｏｅ＠Ｉａ型原子力显ｌｉ
微镜（Ｍ）ＡＦ对多孔硅表面形貌进行了观察和分析；采
成，现一种海绵状结构，种多孔硅可由低掺杂的ｎ呈这型和Ｐ型硅在一定光照条件下获得。］
・
体积。作为同一种材料的硅，的密度是一个定值，硅所
以体积比可以转化成质量比。设。腐蚀前硅片的为
多孔硅具有高电阻率、低的热导率（内部表面积可达、纳Ｌ
（）２
７１一ｎ
２实验
２１多孔硅的电化学制备．
图１为不同腐蚀电流条件下多孔硅孔隙率和腐蚀
本实验采用的硅片参数为Ｐ１０单晶硅片，＋（０）其厚度为３０－２ｇ电阻率为（～２ ×１ｎ・ｃ８￣４０ｍ，，１）０ｍ。实验前对硅片进行预处理；先将硅片放人配制好的首
获得ｆ介孔硅的孔径尺寸在ｌ～５０ｍ之间，由重Ｏ０ｎ可掺杂的ｎ型和Ｐ型ｓ得到；米孔硅的孔径特征尺寸ｉ纳
在几个纳米左右，由随机分布的纳米尺度的Ｓ晶粒组ｉ
其中
为孔洞的体积，被腐蚀部分硅的总Ｖ为
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窦雁巍等：多孔硅的电化学制备与研究
多孔硅的电化学制备与研究
窦雁巍，胡明，崔梦，宗杨
（天津大学电子信息工程学院，天津３０７）００２
摘要：以电化学方法制备了多孔硅材料并通过表
质量，为腐蚀后硅片的质量，为清除掉多孔硅层。
后硅片的质量。则多孔硅的孔隙率可以用质量表示
为：
７１￣ｎ
６０／ｍ以及很高的化学活性，一种具有应用价０ｍｃ）是值的新材料。
Ｅ一
—
—
７２ｎ
，３
进行了袁征。结果发现，实验制备的多孔硅属于介本孔硅（５０ｍ）其孔隙率随腐蚀时间和腐蚀电流的１～２ｎ，
后用二次去离子水冲洗干净，分别用丙酮和乙醇进再
行超声波清洗以清除表面残留的杂质。将处理完毕后
ｅ＝㈩
硅的一个崭新应用领域展现在人们面前，即可以作为ＭＥＭＳ中的功能结构层或是牺牲层材料［］２。
多孔硅就其孔径尺寸来说可以分为３种类型：大
孔硅、介孔硅和纳米孔硅。大孔硅的孔径尺寸在微米数量级，多呈孔状和柱状结构，由低掺杂的ｎ型Ｓ可ｉ
中图分类号：Ｔ０Ｎ４２文献标识码：Ａ
文章编号：０１９３（０６０ — ３５０１０－７１２０）３０９ —４
１引言
多孔硅是一种具有海绵状疏松结构的硅材料。２Ｏ世纪中叶人们就已经开始了对多子硅的研究，Ｌ自从
改变腐蚀电流密度和腐蚀时间制备了不同结构的多子Ｌ硅层实验中所用的乙醇、Ｈ。Ｏ、。。均为分析浓ＳＨＯ
纯，ＨＦ为４％的水溶液，Ｏ蒸馏水为二次去离子水。
２２性能测试．
关键词：多孔硅；孔隙率；蚀速率；腐导热率
件下浸泡至不起反应为止，以除去表面的有机污染用物；后将硅片用二次去离子水冲洗干净，泡于而浸２的ＨＦ溶液中一定时间以除去表面的氧化层；Ｏ最
面轮廓测试仪、原子力显微镜、显微拉曼光谱仪等设备对制备多孔硅的孔隙率、度、面形貌、厚表以及热导率
变化有先增大后减小的趋势。增加多孔硅的厚度和孔
隙率，以使得多孔硅的热导率显著降低（可最低可低至
０６Ｗ／・。．２ｍＫ）
的硅片用双槽电解池对硅片进行腐蚀（腐蚀液为ＨＦ和乙醇混合溶液，体积比为１：）１。实验过程中，过通
用英国Ｒｎｓａｅｉｗ公司生产的ＲＭ２０ｈ００型显微拉曼光
发出高效率的可见光以来，多孔硅材料才逐渐为人们所重视，到了广泛的研究。近几年，着ＭＥ得随ＭＳ
（ｃｏｅｅｔｃａｉｌｓｓｅ技术的发展，子ｍｉｒｌｒｍｅｈｎｃｙｔｍ）ｃｏａ多Ｌ