[发明专利]一种用改进化学镀工艺在多孔硅表面制备金属电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子材料与器件技术领域，具体涉及一种多孔硅表面金属电极的制备方法。

背景技术

自Uhlir于1956年通过对单晶硅片进行电抛光而发现多孔硅（Porous Silicon）以来，学者们便开始了对多孔硅的深入研究。Pickering于1984年首次在低温下观察到多孔硅的可见光致发光现象，Canham则于1990年在室温下观测到了多孔硅高效率（>1％）的可见光致发光（红色）现象。1996年，Hirschman等人集多孔硅发光管和平面晶体管于一体，制成了一个光电子集成发光阵列，这是多孔硅光电子集成的首例，是一个重大突破，表明多孔硅用于光电子集成器件的可行性。这些研究成果表明基于多孔硅的光电子器件具有广阔的应用前景。

传统的硅基薄膜电极制备，通常采用真空热蒸发和磁控溅射的方法。但是，由于多孔硅表面及内部存在大量的孔洞和尖锥状结构，造成很高的孔隙率和表面态密度，这将极大地降低多孔硅与金属的电接触性能。例如：1、大量孔洞的存在将使金属与多孔硅之间的附着力减弱，并导致金属只在多孔硅的外表面接触，可能产生较高的接触电阻；2、很高的表面态密度可能引起表面费米能级的钉扎效应，产生阻挡电流的势垒，导致接触电阻进一步增高，并表现出整流特性。大量的研究结果表明，通过传统的蒸发和溅射工艺，很难得到具有低接触电阻和欧姆接触特性的“金属/半导体”接触。

为了得到接触电阻低、附着力强且稳定的多孔硅与金属电极之间的优良电接触，需要解决的根本问题是：能否选择新的金属电极沉积工艺和材料，使沉积金属颗粒充分渗透、填充多孔硅的孔洞和空隙，以达到在金属与多孔硅之间形成优良电接触的目的。

化学镀是一种在无电流通过的情况下，金属离子在同一溶液中还原剂的作用下，通过可控的氧化还原反应在具有催化表面的镀件上还原成金属，从而在镀件表面上获得金属沉积层的过程，也称自催化镀或无电镀。化学镀最突出的优点是无论镀件表面形状多么复杂，只要溶液能深入的地方即可获得厚度均匀的镀层，且容易控制镀层厚度。与电镀相比，化学镀具有镀层厚度均匀、针孔少、不需直流电源设备、能在非导体镀件表面上沉积的特点。

本发明涉及的是一种改良的化学镀工艺，能在多孔硅表面均匀、稳定地形成一层附着力良好、结合强度高的金属电极，以提高金属/半导体电接触质量。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是：能否选择新的金属电极沉积工艺和材料，使沉积金属颗粒充分渗透、填充多孔硅的孔洞和空隙，以达到金属与多孔硅之间结合强度较高、镀层不易脱落和形成优良电接触的目的。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用改进化学镀工艺在多孔硅表面制备金属电极的方法，其特征在于，包括以下步骤：

①多孔硅表面化学镀前处理：首先采用HF水溶液去除多孔硅表面氧化层，然后用去离子水清洗；

②采用化学镀工艺：在经①化学镀前处理的多孔硅表面上沉积一层金属电极，所述金属电极成分为Ni-P合金或Ni-B合金，厚度为0.5~2μm；

③对含金属电极的多孔硅进行干燥处理；

④对含金属电极的多孔硅进行快速退火处理；

⑤采用光刻工艺将金属电极刻蚀成指定电极形状，完成电极制备。

作为本发明更进一步的改进：在步骤①中所述HF的水溶液成分为HF：H₂O=2:1，反应时间为10s。

作为本发明更进一步的改进：在步骤②中所述金属电极成分为Ni-P合金，则化学镀液组成为NiSO₄·6H₂O: 20g/L、NaH₂PO₂: 30g/L、Na₃C₆H₅O₇: 10g/L和NH₄Cl: 30g/L；所述金属电极成分或为Ni-B合金，则化学镀液组成为NiCl₂·6H₂O: 25g/L~30g/L、KBH₄: 0.5g/L ~3g/L、乙二胺55ml/L ~70ml/L；最后使用28%的氨水将化学镀液PH调节至11，反应温度为35℃，反应时间为30min。

作为本发明更进一步的改进：在步骤③中所述干燥处理温度为100~120℃，干燥设备为电烘烤箱。

作为本发明更进一步的改进：在步骤④中所述快速退火处理温度为300~500℃，在氩气气氛下退火30s~1min。