硅微通道板光电化学腐蚀影响因素的研究

作     者：余金豪 

作者单位：长春理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王国政

授予年度：2018年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：硅微通道板 光电化学腐蚀 光激发特性 温度 电解液组成 

摘      要：微通道板(MCP)在微光夜视、图像光子计数器以及粒子探测等诸多领域得到广泛应用。随着性能要求的提高,传统玻璃微通道板不再满足要求,急需寻求新技术替代。硅微通道板因为其高空间分辨率等优点展现出良好发展前景。本文研究了硅微通板光电化学腐蚀技术。研究了硅微通道阵列光电化学腐蚀光激发特性影响因素。测试了n型硅光电化学腐蚀的光谱响应特性,并对其进行了理论分析。研究了欧姆接触层制备方式对光激发特性的影响。设计磷扩散与离子注入工艺两种工艺制备欧姆接触层,对两种样品进行光电流测试,对比发现磷扩散工艺制备的欧姆接触层的光电流更高。采用磨角染色法测量欧姆接触层厚度,研究了氧化工艺对欧姆接触层的影响。研究了温度对硅微通道阵列形貌影响,发现过低的温度,出现硅微通道停止生长现象,过高的温度,硅微通道阵列末端孔径明显的扩大。探讨了温度与空穴迁移率、扩散系数的关系。研究了温度对硅微通道阵列腐蚀速率的影响。对不同温度下制备的硅微通道阵列腐蚀深度测量,计算其腐蚀速率。采用交流阻抗法研究不同温度下界面等效电路的电荷转移电阻,得到电荷转移电阻与温度的关系,发现随着温度升高电荷转移电阻减小,腐蚀速率加快。对不同温度下硅微通道阵列进行暗态I-V曲线扫描,发现随着温度的升高暗电流升高。研究不同HF溶液浓度对硅微通道阵列腐蚀速率影响,腐蚀速率随HF浓度增加而增加。对不同乙醇浓度下硅微通道阵列进行I-V曲线扫描,研究发现Jps在乙醇浓度为5.1wt%时出现极值,并发现随着乙醇浓度的增加,暗电流也增加。研究了表面活性剂对硅微通道腐蚀速率的影响,通过交流阻抗法得到不同表面活性剂下硅腐蚀的表观活化能,研究其与腐蚀速率的关系,添加阳离子表面活性剂HTAC的表观活化能最小,其腐蚀速率在三种表面活性剂中最快。从空间电荷区和亥姆霍兹层两方面探讨了表面活性剂类型对硅微通阵列形貌的影响。通过测量Mott-schottky曲线得到不同表面活性剂下的平带电位,讨论了平带电位与空间电荷区表面势垒的关系。研究了TMAH(四甲基氢氧化铵)溶液温度和浓度对硅(100)晶面和(110)晶面腐蚀速率的影响,理论分析了硅(100)晶面和(110)晶面腐蚀速率比对硅微通道阵列孔形的影响。研究表明:硅(100)晶面和(110)晶面的腐蚀速率比是影响硅微通道阵列开口面积比的根本原因。当硅(100)晶面与(110)晶面腐蚀速率比大于2时,得到具有高开口面积比的正方形硅微通道阵列。