ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C25F3/12 

Описание патента на изобретение RU2194805C2

Изобретение относится к области электронной техники и, в частности, к изготовлению люминесцентных информационных экранов и индикаторов,
В настоящее время пористый кремний представляет особый интерес как материал, на основе которого можно реализовать интегральные схемы с оптическими каналами передачи и обработки сигнала, элементы плоских матричных экранов со встроенными схемами управления и т.п.

Критериями функционального качества получаемых слоев пористого кремния служат спектр и квантовый выход их фотолюминесценции, т.к., во-первых, вид спектра во многом определяется средним размером структурных элементов пористого слоя, а во вторых, спектры фото- и электролюминесценции пористого кремния часто совпадают.

Известен электролит для получения слоя пористого кремния электрохимическим травлением монокристаллического кремния, выполненный в виде раствора плавиковой кислоты, этанола и воды (1).

К недостаткам используемого электролита следует отнести то, что даже для лучших образцов, полученных после травления в нем, спектр фотолюминесценции лежит в красной или оранжево-красной области спектра с пиком интенсивности, соответствующим λmax ≥ 650 нм (1), в то время как для создания светоизлучающих структур на основе пористого кремния необходимо иметь возможность управлять спектром фотолюминесценции (и соответственно - электролюминесценции) пористого кремния так, чтобы он перекрывал нужный участок видимого диапазона, т. е. формировать необходимый спектр излучения непосредственно в технологическом процессе изготовления пористого кремния. Для модификации спектра излучения пористого кремния в этом случае приходится использовать дополнительные специальные методы обработки пористого кремния, которые дают частные результаты, не решая проблемы в целом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электролит (2), состоящий из 50%-ного водного раствора плавиковой кислоты и этанола, взятых в объемных отношениях 1:1. В этом случае на кремний n-типа, легированный фосфором, с удельным сопротивлением 1-3 Ом•см и ориентацией [100] при анодном травлении в указанном электролите в течение 10 мин при плотности тока 10 мА/см2 облучении УФ-лампой поверхности образца удается получить слой пористого кремния, максимум спектра ФЛ которого соответствует длине волны λmax = 635 нм.
В качестве недостатка известного электролита можно отметить следующее: формирование слоев пористого кремния в этом электролите не позволяет получать структуры с таким характерным размером, который обеспечивал бы спектры фото- и электролюминесценции в заданном интервале видимой области спектра с λmax < 635 нм (3).
Задачей настоящего изобретения является создание электролита, обеспечивающего формирование слоев пористого кремния, спектры фотолюминесценции которых перекрывают всю видимую область спектра.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретения, является уменьшение характерного размера структурных элементов слоя пористого кремния, обеспечивающее сдвиг спектра фото- и электролюминесценции в нужную сторону.

Указанный технический результат достигается тем, что электролит для получения пористого кремния путем электрохимического травления монокристаллического кремния содержит 50%-ный водный раствор плавиковой кислоты и этанол, взятые в соотношении 1:1, при этом в его состав введена дополнительно двуокись кремния, концентрация которой не превышает величины, равной 2 моль/л.

При увеличении концентрации двуокиси кремния (диоксида кремния) в электролите спектр фотолюминесценции пористого кремния сдвигается в синюю область. Это связано с тем, что диоксид кремния, реагируя с плавиковой кислотой, образует кислоту H2SiF6:
SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2Н2О,
которая интенсифицирует процесс образования пористого кремния. В результате характерный размер структуры пористого кремния уменьшается, что приводит к необходимому сдвигу спектра. При концентрации диоксида кремния более 2 моль/л режим формирования пористого кремния сменяется режимом электрохимического травления. Нижний предел концентрации добавки определяется возможностями измерений. В нашем случае это 0,01 моль/л.

Ниже приводится пример реализации изобретения.

Пластины монокристаллического кремния марки КЭФ 4,5 (легирующая примесь - фосфор, удельное сопротивление - 4,5 Ом•см, ориентация - [100]) подвергались электрохимической обработке в электролите на основе 50%-ного водного раствора плавиковой кислоты и этанола, взятых в объемном соотношении 1:1, с добавлением диоксида кремния марки ОСЧ 12-6 в биполярной ячейке при положительном потенциале на пластине. Формирование пористого кремния проводилось в течение 10 мин при плотности тока 10 мА/см2 при освещении рабочей поверхности УФ-лампой мощностью 150 Вт. Спектр фотолюминесценции измерялся по стандартной методике. Возбуждение люминесценции проводилось при помощи Уф лазера с длиной волны 388 нм. Результаты измерений приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый электролит позволяет формировать слои пористого кремния, спектр фотолюминесценции которых перекрывает весь видимый диапазон, что делает такие структуры весьма перспективными для создания светоизлучающих диодов и плоских фото- и электролюминесцентных экранов.

Литература
1. F. Kozbowski, P. Steiner, W. Lang, H. Zandmaier "Sensor and Actuators", A, 43, 1994, p.p. 153-156.

2. P. Steiner, F. Kozbowski, M. Wielunski, W. Lang Jpn.J.App. Phys. Vol. 33, 1994, p.p.6075-6077, part.l.Nu November 1999. (прототип).

3. В.Л. Левшин. Фотолюминесценция жидких и твердых веществ". М., Л. 1951 г.

Похожие патенты RU2194805C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ СО СТАБИЛЬНОЙ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЕЙ 2014
  • Мельник Николай Николаевич
  • Трегулов Вадим Викторович
RU2568954C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦИРУЮЩЕГО ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ 2006
  • Шелонин Евгений Александрович
  • Хорт Андрей Михайлович
  • Никулин Дмитрий Сергеевич
  • Яковенко Анатолий Георгиевич
RU2316077C1
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ 2008
  • Шелонин Евгений Александрович
  • Хорт Андрей Михайлович
  • Яковенко Анатолий Георгиевич
  • Гвелесиани Александр Александрович
RU2366033C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОПОРОШКОВ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ 2017
  • Леньшин Александр Сергеевич
  • Кашкаров Владимир Михайлович
  • Середин Павел Владимирович
RU2652259C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОПОРОШКОВ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ 2019
  • Леньшин Александр Сергеевич
  • Кашкаров Владимир Михайлович
  • Середин Павел Владимирович
RU2722098C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО НАНОСЕНСОРА КИСЛОРОДА 2013
  • Тимошенко Виктор Юрьевич
  • Осминкина Любовь Андреевна
  • Гонгальский Максим Бронеславович
  • Гончар Кирилл Александрович
  • Маршов Владимир Сергеевич
  • Георгобиани Вероника Александровна
RU2539120C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ 2014
  • Леньшин Александр Сергеевич
  • Кашкаров Владимир Михайлович
  • Середин Павел Владимирович
RU2572128C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ 2014
  • Леньшин Александр Сергеевич
  • Кашкаров Владимир Михайлович
  • Середин Павел Владимирович
RU2572134C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ КРЕМНИЕВЫХ БИОСОВМЕСТИМЫХ НАНОНОСИТЕЛЕЙ 2014
  • Сульдин Александр Владимирович
  • Доронин Александр Николаевич
RU2553913C1
ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЗОНДОВЫМ СЧИТЫВАНИЕМ 2000
  • Ракитин В.В.
RU2198435C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 194 805 C2

Реферат патента 2002 года ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для получения люминесцентных экранов и индикаторов. Предложен электролит для получения пористого кремния путем электрохимического травления монокристаллического кремния, содержащий 50%-ный водный раствор плавиковой кислоты и этанол, взятые в соотношении 1: 1, дополнительно ввести двуокись кремния, концентрация которой не превышает 2 моль/л. Предлагаемый электролит обеспечивает сдвиг спектра фотолюминесценции пористого кремния в видимую область спектра. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 194 805 C2

Электролит для получения пористого кремния путем электрохимического травления монокристаллического кремния, содержащий 50%-ный водный раствор плавиковой кислоты и этанол, взятые в соотношении 1: 1, отличающийся тем, что в его состав введена дополнительно двуокись кремния, концентрация которой не превышает величины, равной 2 моль/л.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2002 года RU2194805C2

STEINER P., KOZBOWSKI F., WIELUNSKI М., LANG W
Jpn
J
Appl
Phys., vol.33, 1994, p
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ НЕРАСТВОРИМЫХ В ВОДЕ АЗОКРАСИТЕЛЕЙ 1926
  • А.Л. Ласка
  • А. Цитшер
SU6075A1
Раствор для электрохимической обработки материалов 1975
  • Колесник Николай Федорович
  • Сентищев Алексей Михайлович
  • Мальченко Люси Борисовна
  • Прилуцкий Эмануил Вольфович
SU552350A1
US 5318676 A, 07.06.1994
Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков 1922
  • Асафов Н.И.
SU6A1

RU 2 194 805 C2

Авторы

Корсаков В.С.

Плавич Л.А.

Борисов А.Г.

Васенков А.А.

Мазуренко С.Н.

Самсонов Н.С.

Трутнев Н.Ф.

Даты

2002-12-20Публикация

2000-08-28Подача