基于多孔硅能量转换芯片初步研究

作     者：李金龙 

作者单位：华东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王连卫

授予年度：2007年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：三维PN结 同位素电池 转化效率 载流子耗尽 宏多孔硅 深刻蚀 

摘      要：能源问题日益成为全球的关注热点,而随着常规能源(石油,煤炭等)日见枯竭,太阳能,核能的开发利用成为研究的热点。而目前将太阳能,核能转化为电能的器件大都是基于平面的PN结结构,这种结构导致了在将核能,太阳能转化为电能时,转化效率过低。从而限制了太阳能,核能的利用。本文利用基于多孔硅的三维PN结结构,提高在能量转换时的有效PN结的结面积,使得能量转换效率提高数十倍。目前,这种结构国外已有报道,但是在此报道中,由于没有采用光刻,导致其多孔硅中孔的排列无序,使得在能量转换时无法精确控制转换效率。国内西北工业大学报道了一种利用反应离子刻蚀技术制作类似的能量转换结构。本文对利用成本低廉的电化学方法制备高转换效率的能量转换芯片进行了探索。 本文在广泛调研相关文献的基础上分析了核能转换芯片的结构和工作原理,同时研究了如何采用电化学方法制备多孔结构提高能量转化效率,并且对电化学刻蚀技术形成多孔结构的机理进行了理论和实验探索。论文包括以下几个方面。 第一章首先介绍了同位素电池的发展历史,研究现状和分类以及本文工作。 第二章介绍了同位素电池的工作原理,以及工作过程中载流子运动情况,并以此得出短路电流,开路电压等参数的方程。 第三章分析了讨论了能量转换芯片制备工艺流程,以及各个工艺对能量转换芯片的影响。 第四章详细讨论了电化学刻蚀原理以及对形成的多孔结构的影响因素。着重从宏多孔硅的形成原理出发,讨论了硅电化学刻蚀形成高深宽比多孔结构的原理,多孔结构特征包括孔径、孔壁平滑度、刻蚀深度、情况等,会受到阳极氧化条件的影响。这些条件包括HF浓度、腐蚀电压电流、光照条件等。本文主要进行了P型硅上述条件的研究。 第五章通过对三维PN结结构进行电特性测试,同时与基于三维PN结结构的能量转换芯片转换效率的理论值相比较。 第六章对全文进行总结,并对基于三维PN结结构的能量转换芯片进行了展望。