硅納米孔柱陣列形成機(jī)理的研究.pdf

1、本論文詳細(xì)分析了硅納米孔柱陣列(si-NPA)形成過程及腐蝕結(jié)果，基于多孔硅在酸性溶液中的形成機(jī)理及硅在堿性溶液中的各向異性腐蝕機(jī)理，結(jié)合多孔硅及Si-NPA制備過程中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，證明了硅在酸性溶液中存在各向異性腐蝕。 在擴(kuò)散限制模型基礎(chǔ)上，引入各向異性腐蝕的機(jī)制，提出．Si-NPA的第一種腐蝕模型一空穴必須模型。該模型將硅在HF和Fe(NO<,3>)<,3>溶液中的水熱腐蝕過程簡化為空穴在硅體內(nèi)的隨機(jī)行走，行走到表面原子位置后

2、，獲得空穴的原子根據(jù)懸鍵個(gè)數(shù)的差異以不同的概率被腐蝕。此模型中存在兩種機(jī)制：空穴隨機(jī)行走和各向異性腐蝕。本文詳細(xì)的分析了兩種機(jī)制在腐蝕過程中的作用，并解釋了Si-NPA必須利用高摻雜的p型硅片的原因。 本文利用蒙特卡洛方法編程對上述模型進(jìn)行三維計(jì)算機(jī)模擬。模擬過程中引入空穴濃度和不同懸鍵的原子腐蝕概率兩個(gè)重要參數(shù)。并分析了兩個(gè)參數(shù)對形貌、孔隙率和分形維數(shù)的影響。嘗試不同參數(shù)進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn)，腐蝕結(jié)果始終是一種多孔狀結(jié)構(gòu)，與Si-NP

3、A形成過程中的形貌有較大的出入。 空穴必須模型模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)有較大的偏差，然后結(jié)合空穴的概念，對腐蝕的物理過程進(jìn)行分析，提出空穴只是在整個(gè)腐蝕過程中起加速腐蝕的作用，由此提出第二個(gè)模型一空穴輔助模型。該模型硅在HF溶液中主要基于各向異性腐蝕，而空穴擴(kuò)散到表面后加速表面原子的腐蝕。與第一個(gè)模型的區(qū)別是：在第一個(gè)模型中，空穴的到達(dá)是腐蝕過程的必要條件；在第二個(gè)模型中，空穴的到達(dá)只是加速該原子的腐蝕。本文詳細(xì)分析了兩種腐蝕機(jī)理在腐蝕過