引言

我們根據實驗，研究了多孔硅層(PSL)的形成機理。PSL是由只發生在孔隙底部的硅的局部溶解而形成的。在陽極化過程中，PSL孔隙中電解質的HF濃度保持恒定，孔隙中的陽極反應沿厚度方向均勻進行。硅在孔隙中的溶解是硅與高頻的二價反應和四相反應的結果，而不發生不成比例的反應。不溶性表面多孔膜(SPF)存在于PSL的表面，并在PSL中形成硅酸。提出了一種形成PSL的模型，重點研究了由SPF引發并由sJ_licic酸組成的阻礙層促進位阻反應的硅的陽極反應和局部溶解。

實驗

晶圓準備：

硅晶片是采用（111)型單晶(摻硼）。陽極化前，晶片在溶液中煮沸清洗。然后，在稀高頻溶液中去除薄薄的氧化物層，用去離子水沖洗晶片。

PSL的形成：

通過陽極化形成PSL的電解電池，在高電阻率硅晶片的情況下，在硅晶片的背面進行陽極化之前形成鋁合金層，以使陽極電流分布均勻。

重量變化的測量：

重量的變化是用電動微平衡器來測量的。陽極化和浸泡在高頻溶液中后，樣品通過吹上干燥的n2氣體干燥，而無需在水中沖洗。

紅外光譜測量：

紅外透射光譜采用島津海岸有限公司生產的雙光束型紅外光譜儀(IR-27G型)進行測量。晶片的電阻率為4，~7Ω-cm。為了防止襯底吸收的影響，制備了與參考材料具有相同厚度和相同電阻率的晶片。透射光譜在2.5~25μm的波長范圍內進行了測量。

結果和討論

我們測定了不同高頻濃度溶液中陽極化反應的陽極電勢-電流特性。結果如圖1所示，繪制了在提供恒定陽極電流的30秒周期結束時獲得的電位。在低陽極電流密度區域，其特征服從Tafel定律，不出現對高頻濃度的依賴性。另一方面，在高電流密度區域，Tafel定律不滿足，其特性與高頻濃度密切依賴。在相同的陽極電流密度下，陽極電位隨著高頻濃度的降低而變高。

對孔隙中電解質的分析：

通過測量重量變化和氟離子濃度，檢測孔隙中電解質的重量和高頻濃度。在陽極化前、陽極化后和熱處理后測量重量。陽極化后的重量和氟離子濃度在不去除蠟的情況下進行測量，以防止孔中的電解質進入溶劑（三氯乙烯）。在干燥的N2氣體或100℃~150℃的真空中進行熱處理2小時。重量變化的結果如圖2所示， Awl是陽極化前后重量之間的變化。

通過陽極氧化法溶解硅：

硅溶解在形成PSL的條件下是二價的，而在電拋光的條件下是四價的。為了研究了硅的溶解機理，我們采用電阻率為0.02Ω-cm的基質。圖3顯示了陽極反應時 間與PSL厚度和溶解硅量之間的關系。

不溶性表面多孔膜(SPF)存在于PSL的表面，是由不成比例的反應形成的。即由不成比例反應產生的基本硅子沉積在表面并形成SPF。這種不成比例的反應只發生在陽極化的早期階段，因為SPF的生長變得飽和。

PSL是由生成孔隙的局部陽極化形成的。在陽極化過程中，孔內電解質的高頻濃度恒定，與孔內外高頻溶液的高頻濃度相同。高頻溶液可以迅速滲透到孔隙中。因此，可以認為陽極反應的反應物和產物可以分別在孔隙中快速供給和釋放。另一方面，在陽極化期間，陽極勢在高濃度高頻溶液中是恒定的。

PSL的電阻率很高。因此，如果在陽極化過程中，陽極電流通過PSL中的殘留硅層，陽極電位必須隨著PSL厚度的增加而顯著增加。從恒流密度陽極化過程中陽極電位是恒定的事實來看，可以認為陽極反應只發生在PSL的孔隙基部。

根據紅外光譜測量，在PSL形成的過程中形成了硅酸。此外，該硅酸在濃縮高頻溶液中的溶解率較小。硅酸被認為是由H20與部分Si、Sif2或四氟化硅反應產生的。硅酸在陽極化過程中留在PSL中，似乎是后續陽極化的阻礙層。也就是說，溶解硅的陽極化只能在沒有形成硅酸的地方進行，而不能在形成硅酸的地方進行。可以說，由硅酸組成的位阻層促進了局部溶解。

結論

通過實驗研究和討論的結果，得到了以下結果：

不溶性表面多孔膜(SPF)存在于PSL的表面，是由基本硅的沉積形成的。初級硅的沉積只發生在陽極化的早期階段。

在PSL的孔隙中，硅的溶解是二價反應和四價反應的結果，而沒有不成比例的反應。

在濃縮高頻溶液中陽極化過程中，PSL孔隙中的電解質具有恒定的高頻濃度。

孔隙中的陽極反應沿厚度方向均勻進行，只發生在孔隙的基部。

PSL是由硅的局部溶解而形成的。硅的局部溶解由SPF引起，并由由硅酸組成的位阻層促進。

審核編輯：何安