专利名称：三维纳米多孔InP阵列结构材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及的是三维纳米多孔InP阵列结构材料制备方法。用于纳米光电子制造和光子晶体材料及器件领域。
背景技术：
新型高性能光电子材料、器件与系统将依赖于纳米技术的发展。利用纳米技术对实现高性能光电子器件，如高灵敏度光电传感器、高集成密度光电子纳米器件等具有十分重要的现实意义和社会影响。尤其是紫外-可见光波段的光子晶体的发展，对未来的通讯、光学、生物等领域均会产生重大影响。但是，由于光子晶体对特征单元尺寸的严格要求，使其在紫外-可见光波段的制备技术远远落后于其理论的发展。近年来，精密加工法、胶体晶体法、反蛋白石结构法、电化学刻蚀、飞秒激光干涉法和聚焦离子束等方法已被广泛开展。但是，这些技术均存在自身的缺点，使得紫外-可见光波段光子晶体的制备技术成为光子晶体发展的瓶颈，如精密加工、飞秒激光干涉和聚焦离子束等方法存在设备昂贵、生产率低等问题；胶体晶体法和反蛋白石结构法存在干燥过程中容易产生裂痕的缺点，导致难以形成大面积的光子晶体结构。电化学刻蚀制备多孔半导体，形成多孔阵列结构满足光子晶体的特性，然而现有报道的基于电化学刻蚀制备的光子晶体结构大多数局限于二维光子晶体结构材料。不过，由于电化学反应的特性决定了其在制备紫外-可见光波段光子晶体方面的潜力。经文献检索，发现1994 年 Shanhui Fan (AppI. Phys. Lett. 65,1466 (1994))等报道了 Si三维多孔结构的制备，2001年J. Schilling等也报道了立方结构的Si基三维光子晶体(AppI. Phys. Lett. 78,1180 (2001))，该结构具较好的有序性，但是其特征尺寸在微米量级，难以具备紫外-可见光波段光子晶体的特性；2001年Langa等(Electroch. &Solid-state Lett.，2001，4 (6) G50-G52)报道了电化学制备 InP 三维多孔结构，但是，该结构并不具备有序性。2009年于新雨的硕士论文中阐述了 InP 二维和三维结构的混合结构(该工作由本专利第一申请人指导完成)。以上文献中的结果并未实现纳米亚微米尺度的完整三维多孔半导体结构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供三维纳米多孔InP阵列结构材料的制备方法。主要是利用了电化学过程中的电压或电流自适应振荡，在振荡结束之前结束电化学反应。该方法具有设备廉价、工艺简单、高效和可在大气环境下进行等特点。为大面积、高效、低成本实现有序纳米阵列结构材料提供了一种技术方案。本发明通过以下技术方案实现，具体步骤如下三维纳米多孔InP阵列结构材料的制备方法，其特征在于，通过控制电化学参数，利用半导体电化学过程中电压的自适应振荡，实现电化学可控制备InP纳米级三维多孔阵列结构材料；
所述的控制点化学参数，包括以η型(100)面InP材料为衬底，参杂浓度为
I.0-5. OX IO1Vcm3 ;电解液温度为5-25摄氏度；电解液为卤盐溶液，如NaCl、KC1等，其浓度为O. 5-4. OM(moI/L);恒定电流密度为60-340mA/cm2 ;满足上述条件下，电化学刻蚀InP过程中出现电压自适应振荡，在电压振荡结束前停止电化学反应。
图I 60mA/cm2恒 电流密度下，10摄氏度，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料；图2 80mA/cm2恒电流密度下，10摄氏度，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料；图3 100mA/cm2恒电流密度下，10摄氏度，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料；图4 100mA/cm2恒电流密度下，15摄氏度，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料；图5 120mA/cm2恒电流密度下，15摄氏度，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料；图6 260mA/cm2恒电流密度下，17摄氏度，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料；图7 300mA/cm2恒电流密度下，17摄氏度，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料；图8 340mA/cm2恒电流密度下，17摄氏度，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料；
具体实施例方式实施实例I将InP衬底基片清洗后，沿(110)面切片成7mmX 7mm样品；真空蒸镀AuGeNi合金作为背电极，与衬底之间形成良好的欧姆接触；利用导电银浆将其粘在Cu电极上，样品中间留出5mmX5mm正方形区域作为刻蚀区，其余部分用光刻胶密封；在恒电流模式下进行电化学刻蚀，电流密度为60mA/cm2，电解液为3. 5mol/L NaCl溶液，电化学刻蚀过程中电解液温度保持10°C;刻蚀300s后，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料，所得结构如图I所
/Jn ο实施实例2将InP衬底基片清洗后，沿(110)面切片成7mmX 7mm样品；真空蒸镀AuGeNi合金作为背电极，与衬底之间形成良好的欧姆接触；利用导电银浆将其粘在Cu电极上，样品中间留出5mmX5mm正方形区域作为刻蚀区，其余部分用光刻胶密封；在恒电流模式下进行电化学刻蚀，电流密度为80mA/cm2，电解液为3. 5mol/L NaCl溶液，电化学刻蚀过程中电解液温度保持10°C;刻蚀300s后，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料，所得结构如图2所
/Jn ο实施实例3
将InP衬底基片清洗后，沿(110)面切片成7mmX 7mm样品；真空蒸镀AuGeNi合金作为背电极，与衬底之间形成良好的欧姆接触；利用导电银浆将其粘在Cu电极上，样品中间留出5mmX5mm正方形区域作为刻蚀区，其余部分用光刻胶密封；在恒电流模式下进行电化学刻蚀，电流密度为lOOmA/cm2，电解液为3. 5mol/L NaCl溶液，电化学刻蚀过程中电解液温度保持10°C;刻蚀300s后，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料，所得结构如图3所
/Jn ο实施实例4将InP衬底基片清洗后，沿(110)面切片成7mmX7mm样品；真空蒸镀AuGeNi合金作为背电极，与衬底之间形成良好的欧姆接触；利用导电银浆将其粘在Cu电极上，样品中间留出5mmX5mm正方形区域作为刻蚀区，其余部分用光刻胶密封；在恒电流模式下进行电化学刻蚀，电流密度为lOOmA/cm2，电解液为3. 5mol/L NaCl溶液，电化学刻蚀过程中电解液温度保持15°C ;刻蚀300s后，，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料，所得结构如图4所示。·实施实例5将InP衬底基片清洗后，沿(110)解理面切片成7mmX7mm样品；真空蒸镀AuGeNi合金作为背电极，与衬底之间形成良好的欧姆接触；利用导电银浆将其粘在Cu电极上，样品中间留出5_X5mm正方形区域作为刻蚀区，其余部分用光刻胶密封；在恒电流模式下进行电化学刻蚀，电流密度为120mA/cm2，电解液为3. 5mol/L NaCl溶液，电化学刻蚀过程中电解液温度保持15°C ;刻蚀300s后，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料，所得结构如图5所示。实施实例6将InP衬底基片清洗后，沿(110)面切片成7mmX7mm样品；真空蒸镀AuGeNi合金作为背电极，与衬底之间形成良好的欧姆接触；利用导电银浆将其粘在Cu电极上，样品中间留出5mmX5mm正方形区域作为刻蚀区，其余部分用光刻胶密封；在恒电流模式下进行电化学刻蚀，电流密度为180mA/cm2，电解液为3. 5mol/L NaCl溶液，电化学刻蚀过程中电解液温度保持17°C;刻蚀300s后，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料，所得结构如图6所
/Jn ο实施实例7将InP衬底基片清洗后，沿(110)面切片成7mmX7mm样品；真空蒸镀AuGeNi合金作为背电极，与衬底之间形成良好的欧姆接触；利用导电银浆将其粘在Cu电极上，样品中间留出5mmX5mm正方形区域作为刻蚀区，其余部分用光刻胶密封；在恒电流模式下进行电化学刻蚀，电流密度为300mA/cm2，电解液为3. 5mol/L NaCl溶液，电化学刻蚀过程中电解液温度保持17°C;刻蚀300s后，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料，所得结构如图7所
/Jn ο实施实例8将InP衬底基片清洗后，沿(110)面切片成7mmX 7mm样品；真空蒸镀AuGeNi合金作为背电极，与衬底之间形成良好的欧姆接触；利用导电银浆将其粘在Cu电极上，样品中间留出5mmX5mm正方形区域作为刻蚀区，其余部分用光刻胶密封；在恒电流模式下进行电化学刻蚀，电流密度为340mA/cm2，电解液为3. 5mol/L NaCl溶液，电化学刻蚀过程中电解液温度保持17°C;刻 蚀300s后，获得的InP纳米级三维多孔阵列结构材料，所得结构如图8所
/Jn ο
权利要求
1.三维纳米多孔InP阵列结构材料的制备方法，其特征在于，在恒定电流模式下，通过控制电化学参数，使电化学刻蚀InP过程中形成电压的自适应振荡，实现电化学可控制备InP三维纳米多孔阵列结构材料。
2.根据权利I中所述的方法，其特征为，所述的InP衬底材料为η型(100)面InPj杂浓度为 I. 0-5. OXlO1Vcm30
3.根据权利要求I中所述的方法，其特征为，所述电解液温度为5-25摄氏度。
4.根据权利要求I或2中所述的方法，其特征为，所述的电解液为卤盐溶液，如NaCl、KCl 等，其浓度为 O. 5-4. OM (moI/L)。
5.根据权利要求1、2和3中所述的方法，其特征为，所述的恒定电流密度为60-340mA/2cm ο
6.根据权利要求I所述的方法，其特征为，半导体电化学阳极氧化InP过程中出现自适应振荡，在电压振荡结束前停止电化学反应。
7.根据权利要求I或4中所述的方法，其特征为，所述的电化学方法及所用设备，具体为，利用恒电流模式，采用的设备为电化学工作站。
全文摘要
三维纳米多孔InP阵列结构材料的制备方法，其特征在于，在恒定电流模式下，通过控制电化学参数，使电化学刻蚀InP过程中形成电压的自适应振荡，实现电化学可控制备InP三维纳米多孔阵列结构材料。本发明适于制备InP及其它化合物半导体材料三维纳米多孔阵列结构材料，最小单元特征尺寸可达到100纳米，所采用的电化学刻蚀工艺具有高效、廉价、简便、可在大气环境下进行等优点，便于推广和应用。
文档编号H01L21/465GK102938381SQ20121024007
公开日2013年2月20日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者翁占坤, 袁安刚, 米伟勋, 王作斌, 宋正勋, 许红梅, 刘兰娇, 于淼, 胡贞 申请人:长春理工大学