[发明专利]一种可视化半导体光电化学微加工装置及方法

说明书

本发明一种可视化半导体光电化学微加工装置及方法，所述装置包括：半导体样品、光源、电解池、恒电位仪、光学斩波器、图像采集模块和电脑处理终端；所述电解池内设有参比电极和对电极，参比电极、对电极和作为工作电极的半导体样品浸泡在电解液中，所述参比电极、对电极和半导体样品均与恒电位仪电性连接；所述光源位于所述半导体样品的上方，用于照射所述半导体样品，所述光学斩波器位于所述光源和半导体样品之间；所述图像采集模块和恒电位仪均与所述电脑处理终端电性连接。本发明结构紧凑，实现可视化观察刻蚀过程，可扩展性强，根据半导体的禁带宽度可选择不同波长的光源，可应用于大部分半导体材料的微加工。

技术领域

本发明涉及光电化微加工技术领域，更具体地说涉及一种可视化半导体光电化学微加工装置及方法。

背景技术

随着微电子技术的高速发展，驱动了器件不断向小型化、微型化和集成化的方向发展。微细加工技术是微机电系统(MEMS)的基础，也是微机电系统的核心和研究热点。利用电化学方法进行三维微/纳米尺度的刻蚀加工是最有潜力的微细加工技术之一，具有成本低、工作条件温和、可控性高的优点。

半导体材料是微机电系统中最为重要的材料。以氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)等为代表的第三代半导体材料，具有更高的击穿场强、热传导率和抗辐射能力，同时具有很好的节能特性，在电力装备、航空航天、新能源等领域具有重大的应用前景。对半导体材料进行微纳加工制备半导体微纳器件是实现各种功能应用的重要技术。光电化学微加工是根据半导体的禁带宽度，利用合适的光照使半导体材料产生电子-空穴对，空穴参与半导体表面的氧化反应，电子参与电解质中的还原反应，从而进行刻蚀。建立可靠的半导体光电化学微加工技术是实现器件的微型化和低能耗的根本保证，是微机电系统领域的重要组成部分。

发明内容

本发明提供一种可视化半导体光电化学微加工装置及方法，能够可视化实时监测半导体材料的光电化学刻蚀过程，实现半导体材料的精确微加工。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种可视化半导体光电化学微加工方法，所述方法包括：

向电解池加入电解液，把参比电极、对电极和半导体样品浸泡在电解液中，所述半导体样品、参比电极和对电极分别与恒电位仪电性连接；

实时采集半导体样品表面的图像；

在半导体样品的上方设置用于照射半导体样品的光源；

光源周期性照射半导体样品，设定采样速度，通过线性扫描伏安法得到半导体样品在周期性光照下的电流随电压变化的变化曲线；

在刻蚀时间内，根据所述变化曲线选定刻蚀电压，对电极和半导体样品施加所述刻蚀电压，光源正常照射半导体样品，对半导体进行光电化学刻蚀。

作为上述技术方案的进一步改进，所述光源周期性照射半导体样品的过程包括：

在光源和半导体样品之间设有光学斩波器，通过光学斩波器周期性遮挡光源，实现光源周期性照射半导体样品。

作为上述技术方案的进一步改进，所述实时采集半导体样品表面的图像的过程包括：

通过图像采集模块采集半导体样品表面的图像，所述图像采集模块设于三维移动平台上，通过三维移动平台调节图像采集模块的位置来对焦半导体样品。

一种可视化半导体光电化学微加工装置，包括：半导体样品、光源、电解池、恒电位仪、光学斩波器、图像采集模块和电脑处理终端；

所述电解池内设有参比电极和对电极，参比电极、对电极和作为工作电极的半导体样品浸泡在电解液中，所述参比电极、对电极和半导体样品均与恒电位仪电性连接；