介紹

在本文中，我們首次報道了實現硅111和100晶片的晶體蝕刻的酸性溶液。通過使用六氟硅酸(也稱為氟硅酸)和硝酸的混合物，獲得暴露出各種面外111平面的硅111的晶體蝕刻。本文描述了用于該研究的溶液的化學組成，隨后是使用電子和光學顯微鏡獲得的結果。蝕刻的機理，雖然沒有完全理解，將在下面的章節中討論。

氫氟硅酸H2SiF6用于沉積二氧化硅，在二氧化硅中發現其蒸汽含有過量的四氟化鈉，四氟化鈉與水結合會產生二氧化硅。在更具體的應用中，這種酸用于薄膜光波導或硅金屬氧化物半導體太陽能電池中使用的氟化氧化硅的液相沉積LPD。在飽和H2SiF6中的陽極氧化也是這種太陽能電池中LPD的一種替代方法。另一種可能的應用是通過電沉積方法沉積非晶硅薄膜，得到高電阻率的硅膜。氟硅酸也有工業應用，如cap蝕刻劑和磷酸凈化。

實驗過程與結果

在圖1111和100取向硅晶片的蝕刻速率與22℃時H2SiF6與硝酸的比率分別在a部分和b部分繪制。雖然僅僅硝酸不會侵蝕硅，但是加入適量的H2SiF6會導致相當大的去除率。如圖所示，從溶液中省略硝酸也停止了蝕刻過程，因為它在蝕刻過程中起到了氧化劑的作用。觀察到在濃度為5∶2的H2SiF6和硝酸的Si111晶片中，獲得了2 m/h的蝕刻速率;然而，通過將溫度從22℃提高到50℃，可以實現高達10–15m/h的蝕刻速率。在較低的H2SiF6與硝酸的比例下，蝕刻變得不太各向異性，而在10:1的值下，各向異性變得更明顯。通過降低溫度，各向異性增加。

圖1 對于a 111和b 100硅晶片，在22℃下蝕刻速率與H2SiF6與硝酸的比率的關系

我們還通過將蝕刻的樣品浸入60°C的8M氫氧化鉀中，研究了演化特征的晶體學。經過長時間的曝光，特征保持不變，表明側壁均為111平面，與理論預測一致。圖2顯示了一個首先在酸性溶液中處理的矩形開口的顯微照片圖像，該開口的矩形形狀被修復成一個六角形的開口。然后在上述條件下將樣品浸入氫氧化鉀中，六角形形狀保持完整。由于氫氧化鉀對h2sif6/hno3酸性溶液具有更高的選擇性，因此側壁呈銳化現象。

圖2 首先在酸性溶液中處理的Si111晶片中的矩形掩模開口的SEM照片，并且矩形開口變為六邊形開口。然后將樣品在60℃的氫氧化鉀8 M溶液中浸泡較長時間。晶體側壁保持不變，與它們是111壁的預測一致。

通過利用這種酸性溶液，可以實現光子器件和波導的制造，而不需要預蝕刻反應步驟。這種器件是用111取向的硅晶片制造的，在那里可以生產非常薄的光滑薄膜

結論

總之，我們研究了硅111和100晶片在特殊酸性溶液中的各向異性蝕刻，其中氫氟酸成分被氟硅酸代替。新氟離子或氫氟酸的產生被認為在硅晶片表面的溶液中加速。根據蝕刻時間和條件，觀察到六邊形或三角形結構的晶體學特征。三角形似乎占主導地位，分形結構占優勢。由于這種結構在任何放大倍數下都能保持其形狀，因此在多孔硅應用中可能會引起人們的注意。在形成山丘的地方，凸角保持完整，角的圓度很小。需要進一步研究蝕刻化學，以了解111和100晶片的蝕刻機理，并制造納米分形結構。

審核編輯：湯梓紅