引言

我們研究了四種硅在高頻水溶液中的陽極電流-電勢特性。根據不同電位陽極氧化的樣品的表面條件，電流-電位曲線上通常有三個區域：電流隨電位指數變化區域的多孔硅形成，恒流區域的硅的電泳拋光，以及兩者之間的過渡區域。圖中給出了所研究的硅樣品的多孔硅形成和電極拋光的陽極條件。多孔硅的形成被認為是氧化硅與h20的形成與高頻直接溶解硅之間的競爭反應的結果。當硅完全覆蓋硅表面時，氧化膜通過溶解進行拋光。

實驗

表一顯示了本研究中使用的硅樣品。硅的背面涂有一層鋁，以提供低電阻的電接觸。除暴露表面外，硅樣品和用于電連接的銅條均用黑蠟密封。暴露的表面積為0.38cm2。

表一 硅樣品

該電化學電池由特四氟隆制成，體積為150cm3。反例是一個鉑網格。參比電極為飽和鈣質電極(SCE)。使用Luggin毛細管，其尖端距離電極表面約3毫米。這些電極被垂直地固定在電池中。

將去離子水加入所需濃度的49wt%制備溶液。實驗在室溫22℃下進行，除n型樣品在黑暗中進行測試外，任何實驗均未使用篩選，因為發現環境照明對結果有一定的影響。在每次測試前，硅電極用甲醇脫脂，并在去離子水中洗滌。電極電位用電位調節器控制，并用X-T記錄儀繪制電流。

結果和討論

圖1顯示了在1%高頻溶液中p硅的電流與電位特性的典型圖。陽極電位低時，陽極電流隨電極電位呈指數增加。隨著電位的增加，電流呈現出一個峰值，然后保持在一個相對恒定的值。隨著潛力的進一步增加，電流再次略有增加。

圖1 P+硅樣品在1%HF溶液中的電流-電位曲線

一系列的p樣品在不同的恒定電位下進行10min的陽極二極化，并在極化期間和之后觀察到表面。在陽極極化后的i-V曲線中，主要有三個區域對應于樣品表面的情況。多孔硅的形成發生在指數區域。在圖層厚度上的ds。在電位高于電流峰值對應的電勢時，不能形成多孔硅。該區域發生電致拋光。在勢高于指數區域和低于電流峰值的勢時，也會形成多孔硅，但多孔硅層并沒有完全覆蓋樣品表面。隨著電位的增大，表面多孔硅層覆蓋范圍接近峰值而減小。

圖2顯示了在這個過渡區測試的p+樣品的表面形貌。該區域形成的孔徑直徑遠遠大于指數i-V區域形成的均勻多孔硅層，其中孔徑小于1000埃，只能通過透射電鏡觀察到。氣體演化發生在指數區域的極化過程中，隨電勢而減小，幾乎在峰值以上停止。這種氣體已經被其他幾項研究證實為氫氣。

圖2? p+硅樣品在50mV下陽極氧化10min，1%HF溶液中的表面形貌：(a)有多孔硅層的區域，(b)無多孔硅層的區域

由于多孔硅是在i-V曲線測量過程中形成的，并且隨著測量的繼續，其厚度增加，因此每個電位的電極表面條件是不同的。在同一樣品上連續測量了多個i-V曲線，以確定多孔硅層及其厚度是否影響i-V特性。結果如圖3所示，除第一個i-V曲線外，連續曲線幾乎相同。圖4顯示了電位掃描率對1%高頻溶液中p+樣品的i-V曲線的影響。在從2mV/s到100mV/s的不同掃描速率范圍內，i-V曲線是相似的。

圖3 在同一p+樣品上，在1%HF中，以2米/秒的電位掃描速率連續 作出i-V曲線

圖4 電位掃描率對1%高頻溶液中p+硅樣品i-V曲線的影響

硅電極在高頻溶液的陽極極化過程中，它要么被多孔硅層覆蓋，要么根據給定高頻濃度的電極電位進行電化學拋光。多孔硅在指數i-V區域形成，而電動拋光發生在電位高于i-V曲線中電流的峰值值。根據本研究的結果，多孔硅停止形成和開始拋光的潛力取決于硅的類型。然而，多孔硅形成或拋光的臨界電流密度與硅的類型無關。結果表明，i-V曲線斜率為最大值的電流密度大約是多孔硅形成的上限。當這些值和不同硅樣品的峰值電流值被繪制成濃度的函數時，得到了一個表示多孔硅形成、電致拋光和過渡區域的圖。

除了第一次掃描的開始外，多孔硅形成區域中給定電位下的電流密度并不依賴于電位掃描的數量。這說明反應速率不依賴于多孔硅層的厚度；因此，多孔硅形成過程中反應物和反應產物的質量傳遞并不是多孔硅形成的限制過程。

該模型定性地解釋了高頻溶液中陽極極化過程中硅的行為。然而，它還沒有解釋在這個階段孔隙是如何啟動和傳播的。為了揭示孔隙的起始和傳播，除了每個反應的動力學外，還必須考慮硅基底在陽極化過程中的作用。據報道，多孔硅結構，即孔隙尺寸、孔隙密度和孔隙取向，在很大程度上取決于硅襯底。本研究中n型樣品與其他類型硅樣品的i-V特性存在顯著差異，說明硅襯底在陽極極化過程中起著重要作用。

總結

我們研究了不同高頻濃度下硅樣品的類型。結果發現，i-V曲線上一般有三個區域：低電位的多孔硅形成、高電位的電泳拋光以及兩者之間的過渡區域。界面處的電化學反應是多孔硅形成區域的限速步驟，而氧化硅的溶解是電致拋光區域的限速步驟。通過取均勻porous，。silicon薄膜停止形成的電流密度和拋光作為高頻濃度的函數，構建了不同類型硅樣品的多孔硅形成和拋光圖。提出了一個描述不同區域發生情況的模型。在這個模型中，與h20的反應會導致氧化硅的形成；另一種與高頻的反應會導致硅的直接溶解。當高頻直接溶解硅占主導地位時，就會形成多孔硅。電致拋光發生在表面完全被氧化硅覆蓋時。拋光速率由氧化物的溶解速率決定。

　　審核編輯：鄢孟繁