博碩士論文 88323041 詳細資訊




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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)
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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
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指導教授 林景崎(Jing-Chie Lin) 審核日期 2001-7-11
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