光電化學蝕刻n-型（100）單晶矽獲得矩陣排列之巨孔洞研究

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：74

、訪客IP：3.15.221.67

姓名

蔡志昌(Chih-Chang Chai ) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程研究所

論文名稱

光電化學蝕刻n-型（100）單晶矽獲得矩陣排列之巨孔洞研究
(Photo —Electrochemical etching on the n-type(100) of silicon single crystal to obtain array of macropores)

相關論文

★ 銅導線上鍍鎳或錫對遷移性之影響及鍍金之鎳/銅銲墊與Sn-3.5Ag BGA銲料迴銲之金脆研究	★ 單軸步進運動陽極在瓦茲鍍浴中進行微電析鎳過程之監測與解析
★ 銅箔基板在H2O2/H2SO4溶液中之微蝕行為	★ 助銲劑對迴銲後Sn-3Ag-0.5Cu電化學遷移之影響
★ 塗佈奈米銀p型矽(100)在NH4F/H2O2 水溶液中之電化學蝕刻行為	★ 高效能Ni80Fe15Mo5電磁式微致動器之設計與製作
★ 銅導線上鍍金或鎳/金對遷移性之影響及鍍金層對Sn-0.7Cu與In-48Sn BGA銲料迴銲後之接點強度影響	★ 含氮、硫雜環有機物對鍋爐鹼洗之腐蝕抑制行為研究
★ 銦、錫金屬、合金與其氧化物的陽極拋光行為探討	★ n-型(100)矽單晶巨孔洞之電化學研究
★ 鋁在酸性溶液中孔蝕行為研究	★ 微陽極引導電鍍與監測
★ 鍍金層對Bi-43Sn與Sn-9Zn BGA銲料迴銲後之接點強度影響及二元銲錫在不同溶液之電解質遷移行為	★ 人體血清白蛋白構形改變之電化學及表面電漿共振分析研究
★ 光電化學蝕刻製作n-型(100)矽質微米巨孔陣列及連續壁結構	★ 微陽極導引電鍍法製作微銅柱及銅柵欄之研究

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

至系統瀏覽論文 ( 永不開放)

摘要(中)

本論文以光電化學方法，在n-型（100 ）單晶矽上蝕刻獲得均勻
之微米級孔洞。研究方法首先採用直流電陽極動態極化法，在氟化物
及氫氧化物溶液中，探討添加劑、照光強度等參數對n-型（100 ）單
晶矽的陽極極化曲線的影響，進而在各種蝕刻液中找出最佳蝕刻液參數。
研究結果顯示：試片1 在照光環境下，以C 、 D 及F 等蝕刻液中
均可得到較快的蝕刻速率。
經由陽極動態極化曲線選取特定電位，針對n-型（100 ）單晶矽
進行定電位蝕刻，結果顯示孔洞生成速率依序為：C ＞D ＞F ，然而
比較孔洞內部形態，發現在D 蝕刻液中所得孔洞壁有較平滑且均勻。
若以n-型（100 ）單晶矽進行化學預蝕刻出特定圖樣之孔洞，然
後進行電化學蝕刻，可獲得矩陣式排列之孔洞。
本研究進一步以陽極動態極化及定電位蝕刻方法來探討此一具
預蝕孔圖樣之n-型單晶矽，以獲得電化學蝕刻最適當參數條件。

關鍵字(中)

★ 光電化學
★ 巨孔洞
★ 蝕刻
★ 陽極極化

關鍵字(英)

★ anodic polarization
★ photo-electrochemical

論文目次

目錄
致謝 Ⅰ
摘要 Ⅱ
目錄 Ⅲ
表目錄 Ⅷ
圖目錄 X
壹、緒論 1
一、研究目的 1
1-1 MEMS 技術現況 1
1-2 矽微細加工技術介紹 1
1-2-1 濕式蝕刻技術 2
1-2-2 乾式蝕刻技術 3
1-3 電化學蝕刻之發展現況 4
二、研究動機 5
貳、理論與文獻回顧 6
一、半導體電化學理論 6
2-1 半導體和電解液的電子能階 6
2-1-1 半導體電子能階 6
2-1-2 電解液的電子能階-----絕對電極電位 6
2-2 半導體卅電解液界面 7
2-2-1 平衡狀態 7
2-2-2 平帶電位 9
2-3 半導體電極的光效應 11
二、多孔矽形成機制 13
2-4 矽在電解液中的電流-電壓（I-V ）特性 13
2-5 多孔矽形成模型 15
2-5-1 Beale 模型 15
2-5-2 擴散機制模型 20
2-5-3 Zhang 模型 24
2-5-4 Unagami 模型 27
參、實驗方法 29
3-1 矽晶片選擇 29
3-2 試片前處理 29
3-3 實驗設備 30
3-4 電化學研究 30
3-4-1 蝕刻液之電化學評選 30
3-5 在n-型單晶矽（100 ）平面上置備矩陣式排列之多孔矽
之最佳條件研究 33
3-6 儀器分析 33
肆、結果與討論 35
4-1 單晶矽在含氫氟酸溶液中之電化學行為探討 35
4-1-1 陽極動態極化行為 35
4-1-1-1 標準氫氟酸蝕刻液之陽極極化曲線 35
4-1-1-2 添加劑CC02 及CC03 對矽在氫氟酸標準溶液
之陽極極化曲線之影響 37
4-1-1-3 氫氧化鉀蝕刻液之陽極極化線 39
4-1-2 n-型（100 ）單晶在電化學蝕刻後之孔隙率量測 41
4-1-3 n-型（100 ）單晶在電化學蝕刻後孔洞深度量測 42
4-1-4 電化學蝕刻後矽單晶表面之AFM 形貌 42
4-1-4-1 C 蝕刻液在定電位蝕刻後表面粗糙度比較 42
4-1-4-2 D 蝕刻液在定電位蝕刻後表面粗糙度比較 43
4-1-5 電化學蝕刻後矽單晶表面之SEM 形貌 44
4-1-5-1 C 蝕刻液在定電位蝕刻後表面形貌比較 44
4-1-5-2 D 蝕刻液在定電位蝕刻後表面形貌 44
4-1-6 無圖樣試片之電化學蝕刻之孔隙率量測 45
4-2 化學預蝕刻試片之電化學蝕刻結果 46
4-2-1 化學預蝕刻試片之陽極動態極化掃描 46
4-2-2 化學預蝕刻試片之定電位蝕刻結果 48
4-3 有無化學預蝕刻孔洞之動態陽極極化曲線比較 49
4-4 蝕刻液評選結果 52
4-5 蝕刻液評選討論 53
4-5-1 C 及D 蝕刻液之蝕刻速率差異原因 53
4-5-2 氫氧化鉀不適作為電化學蝕刻之蝕刻溶液原因 54
4-6 電化學參數對孔洞生成之影響 55
4-6-1 照光強度對蝕刻孔洞之影響 55
4-6-1-1 電子顯微鏡觀測結果 55
4-6-1-2 照光亮度對孔洞生成型態之影響 56
4-6-1-3 照光亮度對蝕刻結果之討論 57
4-6-2 電位對於孔洞生成之影響 58
4-6-2-1 電子顯微鏡觀測結果 58
4-6-2-2 電位與孔洞生成型態關係 59
4-6-2-3 定電位蝕刻結果討論 60
4-6-3 時間對孔洞生成之影響 63
4-6-3-1 電子顯微鏡觀測結果 63
4-6-3-2 時間與孔洞生成型態關係 63
4-6-3-3 時間對孔洞生成之影響結果討論 63
4-6-4 添加劑對孔洞生成之影響 64
4-6-4-1 電子顯微鏡觀測結果 65
4-6-4-2 添加劑與孔洞型態關係 66
4-6-4-3 添加劑對孔洞生成之影響結果討論 66
伍、結論 69
陸、參考文獻 70

參考文獻

1. “微系統LIGA 製程技術”﹐科儀新知第19 卷第4 期﹐（1998 ）
2. 劉金耀﹐第二屆奈米工程暨微系統技術研討會論文集﹐pp147-154 ﹐
（1998 ）
3. 張俊彥譯﹐“半導體元件物理與製作技術”﹐高立出版﹐pp544-562 ﹐（2000 ）
4. 張俊彥主編﹐“積體電路製程及設備技術手冊”﹐中華民國產業
科技發展協進會出版﹐pp551-532 ﹐（1997 ）
5. D.R. Turner ﹐J. Electrochem. Soc., 105, 402, (1958)
6. V. Lehmann, H ﹒Foll ﹐J. Electrochem. Soc., 137, S. 653, (1990)
7. V. Lehmann,Mater.Lett., 28, 245, (1996)
8. A ﹒Janshoff ﹐K ﹒-P ﹒S ﹒Dancil ﹐C ﹒Steinem ﹐D ﹒P ﹒Greiner ﹐V ﹒S ﹒-Y ﹒Lin ﹐C ﹒Gurtner ﹐K ﹒Mosteshariei ﹐M ﹒J ﹒Sailor andM ﹒R ﹒Ghadiri ﹐J ﹒Am ﹒Chem ﹒Soc ﹒120 ﹐12108 ﹐（1998 ）
9. V ﹒Lehmann ﹐IEEE ﹐（1996 ）
10. V ﹒Lehmann ﹐Material Research Society Symposium Proceedings ﹐pp27-32 ﹐Vol.283 ﹐（1993 ）
11. A ﹒J ﹒Bard ﹐“Electrochemical Methods ”﹐pp745-761 ﹐（2000 ）
12. 吳浩青編著﹐“電化學動力學”﹐科技圖書出版﹐pp174-185 （2000 ）
13. M ﹒I ﹒J ﹒Beale ﹐N. G. Chew ﹐ M. J. Uren ﹐ A. G. Cullis ﹐ J ﹒D ﹒Benjamin ﹐Appl ﹒phys ﹒lett ﹒46 （1 ）﹐86 ﹐（1985 ）
14. M. I. J. Beale ﹐J. D. Benjamin ﹐M. J. Uren ﹐N. G. Chew ﹐and A. G.Cullis ﹐J. Cryst. Growth.73 ﹐622 （1985 ）
15. 洪淑慧著﹐“多孔矽之原子力顯微鏡與光激發光之研究”國立清
華大學物理學系碩士論文（1999 ）
16. R.L. Smith ﹐S. F. Chuang and S.D. Collins ﹐J. Electro. Mater.17 ﹐533（1988 ）
17. R.L. Smith and S.D. Collins ﹐J. Appl. Phys.71 （8 ）﹐R1 （1992 ）
18. T ﹒Unagami ﹐J ﹒Electrochem ﹒Soc ﹒127 ﹐476 ﹐（1980 ）
19. X ﹒G ﹒Zhang ﹐S ﹒D ﹒Collins ﹐and R ﹒L ﹒Smith ﹐J. Electrochem.Soc., 136, 1561, (1989)
20. X ﹒G ﹒Zhang ﹐J. Electrochem. Soc., 138, 3750, (1991)
21. V. Lehmann, H ﹒Foll ﹐J. Electrochem. Soc., 137, S. 653, (1990)
22. M. Hejjo Al Rifai, M. Christophersen, S. Ottow, J. Carstensen, H.Foll, J. Electrochem. Soc., 147 (2), 627 (2000)
23. S ﹒Ottow ﹐V ﹒Lehmann ﹐H ﹒Foll ﹐J. Electrochem. Soc., 143, S. 385,(1996).
24. S. Langa, I. M. Tiginyanu, J. Carstensen, M.Christophersen, H. Foll,J. Electrochem. Soc. Lett.
25. G ﹒S ﹒Popkirov ﹐S ﹒Ottow ﹐J ﹒Electroanalytical Chem ﹒, 429, S.47-54, (1997)
26. M. Hejjo Al Rifai, M. Christophersen, S. Ottow, J.Carstensen, H.Foll, Journal of Porous Materials 7, 33-36(2000)
27. S ﹒Ronnebeck ﹐J ﹒Carstensen ﹐S. Ottow, H. Foll, Electrochem. andSolid-State Letters, 2 (3), (1999)
28. M ﹒Christophersen ﹐ J ﹒ Carstensen ﹐H ﹒ Foll ﹐ Mat. Sci. Eng. B,69-70, 23 (2000)
29. M. Christophersen, J. Carstensen, A. Feuerhake, H. Foll, Mat. Sci.Eng. B, 69-70, 194 (2000)
30. C. Jager, B. Finkenberger, W. Jager, M. Christophersen, J. Carstensen,H. Foll, , Mat. Sci. Eng. B, 69-70, 199 (2000)
31. A ﹒Birner ﹐U ﹒Gruning ﹐S. Ottow, A ﹒Schneider ﹐F ﹒Muller ﹐V ﹒Lehmann ﹐H ﹒ Foll ﹐U ﹒Gosele, Physica Status Solidi (a) 165, 111,(1998)
32.M. Christophersen , P ﹒Merz ﹐J ﹒Quenzer , J. Carstensen, H ﹒ Foll,PSST 2000, Madrid , Marz 2000.
33. H ﹒Foll ﹐J. Carstensen, M. Christophersen, G ﹒Hasse, PSST 2000,Madrid , Marz 2000
34. M. Christophersen, J. Carstensen ﹐H ﹒ Foll, PSST 2000, Madrid ,Marz 2000.
35. M. Christophersen, J. Carstensen ﹐G ﹒Hasse ﹐H ﹒Foll, PSST 2000,Madrid , Marz 2000.
36. M. Christophersen, J. Carstensen ﹐H ﹒Foll ﹐PSST 2000, Madrid , Marz2000.
37. G ﹒Hasse ﹐M. Christophersen, J. Carstensen ﹐H ﹒Foll ﹐PSST 2000,Madrid , Marz 2000.
38. S ﹒Ottow ﹐V ﹒Lehmann ﹐H ﹒Foll ﹐Appl. Physics A, 63, S. 153-159,(1996)
39. V ﹒Lehmann ﹐U ﹒Gruning ﹐Thin Solid Films 297,13-17 , (1997)
40. C ﹒Jager ﹐B ﹒Finkenberger ﹐W ﹒Jager ﹐M ﹒Christophersen ﹐J ﹒Carstensen ﹐Materials Science and Engineering B69-70 ﹐199-204 ﹐(2000)
41. Silke Ronnebeck ﹐J ﹒Carstensen ﹐S ﹒Ottow ﹐and H ﹒Foll
Electrochemical and Solid state Letters,2(3),126-128,(1999)
42. Walter Lang ﹐Materials Science and Engineeting ﹐R17 ﹐1-55 ﹐（1996 ）

指導教授

林景崎(Jing-Chie Lin)

審核日期

2001-7-11

推文