Электролит для получения пористого кремния

 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для получения люминесцентных экранов и индикаторов. Предложен электролит для получения пористого кремния путем электрохимического травления монокристаллического кремния, содержащий 50%-ный водный раствор плавиковой кислоты и этанол, взятые в соотношении 1: 1, дополнительно ввести двуокись кремния, концентрация которой не превышает 2 моль/л. Предлагаемый электролит обеспечивает сдвиг спектра фотолюминесценции пористого кремния в видимую область спектра. 1 табл.

Изобретение относится к области электронной техники и, в частности, к изготовлению люминесцентных информационных экранов и индикаторов, В настоящее время пористый кремний представляет особый интерес как материал, на основе которого можно реализовать интегральные схемы с оптическими каналами передачи и обработки сигнала, элементы плоских матричных экранов со встроенными схемами управления и т.п.

Критериями функционального качества получаемых слоев пористого кремния служат спектр и квантовый выход их фотолюминесценции, т.к., во-первых, вид спектра во многом определяется средним размером структурных элементов пористого слоя, а во вторых, спектры фото- и электролюминесценции пористого кремния часто совпадают.

Известен электролит для получения слоя пористого кремния электрохимическим травлением монокристаллического кремния, выполненный в виде раствора плавиковой кислоты, этанола и воды (1).

К недостаткам используемого электролита следует отнести то, что даже для лучших образцов, полученных после травления в нем, спектр фотолюминесценции лежит в красной или оранжево-красной области спектра с пиком интенсивности, соответствующим λ_max ≥ 650 нм (1), в то время как для создания светоизлучающих структур на основе пористого кремния необходимо иметь возможность управлять спектром фотолюминесценции (и соответственно - электролюминесценции) пористого кремния так, чтобы он перекрывал нужный участок видимого диапазона, т. е. формировать необходимый спектр излучения непосредственно в технологическом процессе изготовления пористого кремния. Для модификации спектра излучения пористого кремния в этом случае приходится использовать дополнительные специальные методы обработки пористого кремния, которые дают частные результаты, не решая проблемы в целом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электролит (2), состоящий из 50%-ного водного раствора плавиковой кислоты и этанола, взятых в объемных отношениях 1:1. В этом случае на кремний n-типа, легированный фосфором, с удельным сопротивлением 1-3 Ом•см и ориентацией [100] при анодном травлении в указанном электролите в течение 10 мин при плотности тока 10 мА/см² облучении УФ-лампой поверхности образца удается получить слой пористого кремния, максимум спектра ФЛ которого соответствует длине волны λ_max = 635 нм. В качестве недостатка известного электролита можно отметить следующее: формирование слоев пористого кремния в этом электролите не позволяет получать структуры с таким характерным размером, который обеспечивал бы спектры фото- и электролюминесценции в заданном интервале видимой области спектра с λ_max < 635 нм (3). Задачей настоящего изобретения является создание электролита, обеспечивающего формирование слоев пористого кремния, спектры фотолюминесценции которых перекрывают всю видимую область спектра.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретения, является уменьшение характерного размера структурных элементов слоя пористого кремния, обеспечивающее сдвиг спектра фото- и электролюминесценции в нужную сторону.

Указанный технический результат достигается тем, что электролит для получения пористого кремния путем электрохимического травления монокристаллического кремния содержит 50%-ный водный раствор плавиковой кислоты и этанол, взятые в соотношении 1:1, при этом в его состав введена дополнительно двуокись кремния, концентрация которой не превышает величины, равной 2 моль/л.

При увеличении концентрации двуокиси кремния (диоксида кремния) в электролите спектр фотолюминесценции пористого кремния сдвигается в синюю область. Это связано с тем, что диоксид кремния, реагируя с плавиковой кислотой, образует кислоту H₂SiF₆: SiO₂ + 6HF = H₂SiF₆ + 2Н₂О, которая интенсифицирует процесс образования пористого кремния. В результате характерный размер структуры пористого кремния уменьшается, что приводит к необходимому сдвигу спектра. При концентрации диоксида кремния более 2 моль/л режим формирования пористого кремния сменяется режимом электрохимического травления. Нижний предел концентрации добавки определяется возможностями измерений. В нашем случае это 0,01 моль/л.

Ниже приводится пример реализации изобретения.

Пластины монокристаллического кремния марки КЭФ 4,5 (легирующая примесь - фосфор, удельное сопротивление - 4,5 Ом•см, ориентация - [100]) подвергались электрохимической обработке в электролите на основе 50%-ного водного раствора плавиковой кислоты и этанола, взятых в объемном соотношении 1:1, с добавлением диоксида кремния марки ОСЧ 12-6 в биполярной ячейке при положительном потенциале на пластине. Формирование пористого кремния проводилось в течение 10 мин при плотности тока 10 мА/см² при освещении рабочей поверхности УФ-лампой мощностью 150 Вт. Спектр фотолюминесценции измерялся по стандартной методике. Возбуждение люминесценции проводилось при помощи Уф лазера с длиной волны 388 нм. Результаты измерений приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый электролит позволяет формировать слои пористого кремния, спектр фотолюминесценции которых перекрывает весь видимый диапазон, что делает такие структуры весьма перспективными для создания светоизлучающих диодов и плоских фото- и электролюминесцентных экранов.

Литература 1. F. Kozbowski, P. Steiner, W. Lang, H. Zandmaier "Sensor and Actuators", A, 43, 1994, p.p. 153-156.

2. P. Steiner, F. Kozbowski, M. Wielunski, W. Lang Jpn.J.App. Phys. Vol. 33, 1994, p.p.6075-6077, part.l.Nu November 1999. (прототип).

3. В.Л. Левшин. Фотолюминесценция жидких и твердых веществ". М., Л. 1951 г.

Формула изобретения

Электролит для получения пористого кремния путем электрохимического травления монокристаллического кремния, содержащий 50%-ный водный раствор плавиковой кислоты и этанол, взятые в соотношении 1: 1, отличающийся тем, что в его состав введена дополнительно двуокись кремния, концентрация которой не превышает величины, равной 2 моль/л.

РИСУНКИ

Рисунок 1