一种黑硅材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109950336A(43)申请公布日2019.06.28(21)申请号201910312443.7(22)申请日2019.04.18(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人吕坚祝威李小飞杨凯阙隆成(74)专利代理机构成都正华专利代理事务所(普通合伙)51229代理人郭艳艳(51)Int.Cl.H01L31/0236(2006.01)H01L31/028(2006.01)H01L31/18(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种黑硅材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种黑硅材料及其制备方法，解决了现有的硒元素掺杂黑硅材料制备方法的不足，制备方法包括：获取清洁衬底；采用热蒸发法在衬底表面沉淀一层硒膜；在氟化氢气体氛围下，利用飞秒激光扫描烧蚀；除去材料表面氧化硅，得到黑硅材料。本发明在飞秒激光烧蚀衬底材料的过程中，引入了氟元素，借助氟元素与衬底硅材料产生的化学反应，制备得到的黑硅材料，表面具有微结构尖锥阵列，即“黑森林”结构，这种黑硅材料具有很强的陷光性，因此这样获得的黑硅材料的吸收波长得到扩展，对可见光和近红外波段吸收率可扩大到93％以上。CN109950336ACN109950336A权利要求书1/1页1.一种黑硅材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：清洗硅衬底；S2：采用热沉淀法在硅衬底表面沉积一层硒膜；S3：将覆膜后的硅衬底置于压强为7×104Pa～1×105Pa的氟化氢气体氛围中进行飞秒激光刻蚀；刻蚀过程中，控制飞秒激光的光通量为1kJ/m2～10kJ/m2，扫描速度为0.5mm/s～10mm/s；S4：依次用氢氟酸和去离子水清洗刻蚀后的硅衬底，再用氮气吹干，得黑硅材料。2.根据权利要求1所述的黑硅材料制备方法，其特征在于：所述硅衬底为N型高阻硅。3.根据权利要求1所述的黑硅材料制备方法，其特征在于，S1中硅衬底清洗的具体方法为：先采用RCA标准清洗法对硅衬底进行清洗，再将硅衬底置于氢氟酸溶液中浸泡10～20s，然后用去离子水超声冲洗，最后用高纯度氮气吹干。4.根据权利要求1所述的黑硅材料制备方法，其特征在于，S2中热沉淀法的具体操作为：用50A～80A的蒸发电流加热高纯硒粉，加热时间2～4min，汽化后的硒在硅衬底表面沉积形成厚度为50～200nm的硒膜。5.根据权利要求4所述的黑硅材料制备方法，其特征在于：加热电流为70A，加热时间为3min，硒膜厚度为100nm。6.根据权利要求1所述的黑硅材料制备方法，其特征在于：S3中氟化氢气体的压强为9×104Pa，飞秒激光的光通量为5kJ/m2，扫描速度为1mm/s。7.采用权利要求1～6任一项所述的方法制备出的黑硅材料。2CN109950336A说明书1/5页一种黑硅材料及其制备方法技术领域[0001]本发明属于光电敏感材料技术领域，具体涉及一种黑硅材料及其制备方法。背景技术[0002]晶体硅材料由于其自身固有性质，如耐高温、性质稳定、易获取、易掺杂等优点，在光电探测、光伏电池、传感器等领域具有广泛应用。但是，由于硅材料受到禁带宽度较大、表面反射率较高、吸收光谱较窄等缺点的制约，使得进一步发挥硅材料优势时遇到了阻碍。[0003]1998年，哈佛大学EricMazur教授和他的团队在研究高能飞秒激光与物质相互作用的时候，意外获得了一种从肉眼上看呈黑色的硅材料，这种硅材料表面分布着微米量级的尖锥状森林结构，即黑硅材料。由于在硅材料中掺杂了硫系元素，改变了材料的禁带宽度，且黑硅材料森林状的表面结构，使得入射到黑硅表面的光在森林状结构内部经过无数次反射最终几乎全部被吸收，因此，黑硅材料对近紫外-近红外波段(200nm-2500nm)的光的吸收效率达到近90％，且具有超高的光电导增益，产生的光电流远远大于传统硅材料。[0004]自从发现并报道黑硅材料具有多种优良的性能之后，国内外的研究机构先后都有跟进研究。现有技术已经对飞秒激光烧蚀黑硅中的背景气氛包括真空、空气、N2等进行了研究，但是，受刻蚀条件和背景气氛的影响，硅衬底的表面形态呈山丘状，陷光能力不足，严重影响材料对光的吸收率。发明内容[0005]本发明的目的在于得到一种具有尖锥状表面形态的黑硅材料，以提高黑硅材料的陷光性。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种黑硅材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：[0006]S1：清洗硅衬底；[0007]S2：采用热沉淀法在硅衬底表面沉积一层硒膜；[0008]S3：将覆膜后的硅衬底置于压强为7×104Pa～1×105Pa的氟化氢气体氛围中进行飞秒激光刻蚀；刻蚀过程中，控制飞秒激光的光通量为1kJ/