[发明专利]一种硅基凸面反射镜的制备方法

说明书

本发明公开了一种硅基凸面反射镜的制备方法，该方法是将常规作为电极的薄铂片做成空心球体并把从空心球体上截得的一个球冠做成阴极，圆形硅片为阳极，球冠形薄铂片的凸面背离着硅片；先采用恒流源对硅片进行电化学腐蚀，在硅片靠近球冠形薄铂片的一侧面上形成剖面为凸形的多孔硅膜；再采用化学腐蚀的方法腐蚀掉多孔硅膜，从而形成硅基凸面反射镜。通过本发明的方法，能获得硅基凸面反射镜，能广泛应用于微光机电系统，为微光机电系统领域作出了重大的贡献。

技术领域

本发明涉及半导体技术和光学工程领域，具体涉及一种硅基凸面反射镜的制备方法。

背景技术

1956年，Uhlir对硅片在HF溶液中进行电化学抛光处理时发现了多孔硅的存在；1990年，Canham发现了多孔硅在室温下发出可见光，这个发现为多孔硅的研究开辟了新纪元，即室温下发光多孔硅研究阶段；多孔硅在室温下的发光展示了硅在光电子学、光学器件以及显示技术等方面广阔的应用前景。特别是1996年，Hirschman首次实现硅基光电集成原型器件是多孔硅应用研究的一个里程碑。

多孔硅薄膜是一种海绵状的有着巨大比表面积的多孔材料。这种材料同时具有造价低廉、生物兼容性好并且能和现有集成电路工艺完全兼容。尽管多孔硅从20世纪90年代以来作为一种优质的传感器材料受到人们广泛的关注，但至今对使用多孔硅材料制备光学器件还较少，在光机电一体化研究方面尤其少见。

微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System），也叫做微电子机械系统、微系统和微机械等。是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源、微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口和通信等于一体的微型器件或系统，尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。

近年来，随着微电子技术的快速发展，电子器件、MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS光学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器、MEMS气体传感器的尺寸越来越小。微光机电系统集成研究正在快速发展，硅基微光、机、电及集成技术正受到高度重视，而透镜、棱镜和反射镜等微光学元件是微光机电系统的重要组成部分，它们可以对微光路进行转换、传输和处理，以达到光的发射、聚集、偏振、干涉和散射的目的，但使用多孔硅材料制备微透镜、棱镜和反射镜等微光学元件研究还很少。

已经有文献研究基于纳米多孔硅Bragg反射镜并对其应用进行了大量的研究，但硅基凸面反射镜的研究更少。

发明内容

为了实现硅基微光、机、电微系统集成，本发明的目的是提供一种硅基凸面反射镜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案：一种硅基凸面反射镜的制备方法，其特征在于，该方法是将常规作为电极的薄铂片做成空心球体并把从空心球体上截得的一个球冠做成阴极，圆形硅片为阳极，球冠形薄铂片的凸面背离着硅片；硅片和球冠形薄铂片底平行放置，且硅片中心轴线、球冠形薄铂片的圆心与球冠形薄铂片的中心轴线三者重合；先采用恒流源对硅片进行电化学腐蚀，在硅片靠近球冠形薄铂片的一侧面上形成剖面为凸形的多孔硅膜；再采用化学腐蚀的方法腐蚀掉多孔硅膜，从而形成硅基凸面反射镜。

本发明的原理是：硅基凸面反射镜的制备分2个过程，首先，使用恒流腐蚀电流对硅片进行电化学腐蚀形成多孔硅薄膜，一方面，在正常的恒流腐蚀电流密度条件下，在对硅片上形成多孔硅薄膜，另一方面，由于使用的是恒腐蚀电流且是球冠形薄铂片电极，以球冠形薄铂片的圆心与球冠形薄铂片底垂线的延长线为中心轴，离中心轴越远，腐蚀电流密度越大，对硅片的电化学腐蚀形成多孔硅速度越快，从而形成以硅片中心轴为中心，离中心轴越远，多孔硅薄膜越厚，导致在硅片上面对着球冠形薄铂片的那侧面形成剖面凸形多孔硅薄膜。其次，在凸形多孔硅薄膜制备完成后，使用氢氧化钠溶液对形成的剖面为凸形的多孔硅薄膜进行腐蚀，将多孔硅薄膜腐蚀掉，形成硅基凸面反射镜。