华林科纳关于不同刻蚀方法对黑硅形貌和半导体特性的比较

　　本文采用飞秒激光蚀刻法、深反应离子蚀刻法和金属催化化学蚀刻法制备了黑硅，研究发现，在4002200nm的波长内，光的吸收显著增强，其中飞秒激光用六氟化硫蚀刻的黑硅在近红外波段的吸收值最高。但这大大缩短了晶体硅的少数载流子寿命，通过沉积二氧化硅薄膜使黑硅表面钝化，可以有效地调节和控制。最后，以黑硅为基础制造了一种PIN光探测器，与无蚀刻工艺的PIN硅光探测器相比，在1060nm处获得了更高的责任，为0。57AW。
　　任何能够减少反射和增强硅从紫外线到近红外波长的吸收的发展，都将有助于使硅基宽带探测器成为现实，纳米结构和微结构的cSi（在晶圆表面有锥、线或孔）作为高效和低成本材料的可能结构受到越来越多的关注，因为它们表现出非常低的反射，特别是在可见区域。飞秒激光蚀刻（FLE）、深反应离子蚀刻（DRIE）和金属催化化学蚀刻（MCE）等方法可以制备这些结构，可以有效地提高cSi的光吸收。
　　本文采用FLE、DRIE和MCE三种制备BS的方法，同时直接在cSi基底上获得了几种抗反射捕光结构，同时，对三种不同的BS材料的形貌、光吸收、少数载流子寿命进行了比较。最后，基于BS制造了一种PIN光电探测器，并将其责任与无蚀刻工艺的PIN硅光电探测器进行了比较。
　　图1为在六氟化硫和空气大气中被FLE蚀刻的BS的典型形态。从图中可以看出，在相同的激光参数下，两种大气中蚀刻的BS形态存在明显差异。在图1（a）中，一些锥较大，但其他锥较小，呈现扁平的毯状结构。事实上，在n2大气中蚀刻时，也可以得到相同的形态。在图1（b）中，每个锥的半径约为40m，基底的截面积约为60m2，锥锥的直径接近800nm。观察到，六氟化硫制备的BS表面有尖锐的尖锥，尖锥之间几乎没有差异，尖锥的方向与入射光一致。
　　图2为MCE蚀刻的BS的SEM图，其中分别用30s（a）和60s（b）镀银。（a）的孔直径明显大于（b）。我们认为，在我们的MCE过程中，随着电镀时间的增加，更多的区域附着在硅衬底上，导致更大的蚀刻面积。
　　综上所述，采用FLE、DIRE和MCE分别制备了黑硅（BS）材料，硅衬底表面的纳米锥阵列或孔的直径和长度分别为100400nm和1。53m。在4002200nm的宽波长范围内，黑硅的光吸收显著增强，最大吸收率达到90，这种增强可以解释为硅衬底表面上特定的纳米结构和或微观结构所引起的反射率降低、捕光效应和散射效应。然而，由于上述BS结构引起的重组损失和接触电阻的增加，cSi的少数载流子寿命缩短了。基于三种不同的蚀刻方法，我们发现SiNx钝化可以有效地调整少数载流子的寿命。研制了一种在前端形成BS的新型硅针光电探测器，并对器件的响应率进行了比较。结果表明，在前表面形成BS的SiPIN光电探测器的响应率明显提高，特别是在近红外w条件下。