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CN109056051B - 一种硅基凹面反射镜的制备方法 - Google Patents

一种硅基凹面反射镜的制备方法 Download PDF

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CN109056051B CN201810937158.XA CN201810937158A CN109056051B CN 109056051 B CN109056051 B CN 109056051B CN 201810937158 A CN201810937158 A CN 201810937158A CN 109056051 B CN109056051 B CN 109056051B
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Abstract

本发明公开了一种硅基凹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对着硅片；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凹形的多孔硅膜；再采用化学腐蚀的方法腐蚀掉多孔硅膜，从而形成硅基凹面反射镜。通过本发明的方法，能获得硅基凹面反射镜，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。

Description

一种硅基凹面反射镜的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术和光学工程领域，具体涉及一种硅基凹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，但硅基凹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凹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：一种硅基凹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对着硅片；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凹形的多孔硅膜；再采用化学腐蚀的方法腐蚀掉多孔硅膜，从而形成硅基凹面反射镜。
本发明的原理是：硅基凹面反射镜的制备分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，腐蚀电流密度越小，对硅片的电化学腐蚀形成多孔硅速度越慢，从而形成以硅片中心轴为中心，离中心轴越远，多孔硅薄膜越薄，导致在硅片上面对着球冠形薄铂片的那侧面形成剖面凹形多孔硅薄膜。其次，在凹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凹形的多孔硅薄膜进行腐蚀，将多孔硅薄膜腐蚀掉，形成硅基凹面反射镜。
通过改变薄铂片空心球体的半径R、球冠高度H和球冠顶部D与硅片之间的距离L的大小以及电化学腐蚀条件可以改变凹面反射镜的曲率半径。
优选地，作为阴极的球冠形薄铂片的球冠高度H=0.05~0.5R。
优选地，氢氧化钠腐蚀液的浓度为0.1-5%。
附图说明
图1为本发明所涉及到的电化学腐蚀槽结构示意图
其中，1、腐蚀槽，2、硅片，3、球冠形薄铂片，D、球冠形铂片顶点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。以下所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何本技术领域的技术人员可能利用本发明公开的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明方案的内容，依据本发明的技术实质对以下实施例做简单修改或等同变化，均应落在本发明的保护范围内。
实施例一
本发明的这种硅基凹面反射镜的制备方法，具体包括如下步骤：
1、选用硅片2类型为P100、电阻率为0.01Ω.cm、厚度为500μm的圆形硅片，并在其背面镀铝作为阳极，选用薄铂片（厚度为200μm）做成空心球体，从空心球体上截得的球（空心球体半径是2cm）冠底面长度=硅片直径作为阴极，球冠形薄铂片3凸面部分对着硅片2；硅片2和球冠形薄铂片3全部浸没在电解腐蚀液中进行电化学腐蚀，电解腐蚀液是按氢氟酸：无水乙醇和去离子水以体积比为1:1:2配制的。
2、如图1所示，连接好电路：即在腐蚀槽1内放有腐蚀液，在腐蚀槽1内的一端设有硅片2，在腐蚀槽1内的另一端设有球冠形薄铂片3（厚度为200um），球冠形薄铂片3顶点D与硅片2腐蚀中心之间距离L为0.20厘米（是硅片2的腐蚀部分直径的0.1倍），硅片2和球冠形薄铂片3（硅片2的腐蚀直径和球冠形的薄铂片3底部所投影的圆形平面直径相等，均为2厘米）浸泡在腐蚀液中，硅片2和球冠形薄铂片3底所在平面平行且两者中心轴重合。在腐蚀槽1外设有恒流源，恒流源是通过TekVisa AFG3101任意波形发生器产生的，该恒流源的阳极通过导线与硅片2连接，恒流源的阴极通过导线与球冠形薄铂片3连接，工作时，恒流源的正负极通过腐蚀液形成电流回路。
3、在硅片形成剖面凹形状多孔硅：恒流源的电流密度为50mA/cm2，腐蚀时间为100Min，在硅片2上且面对着球冠形薄铂片3的一侧形成剖面凹形状多孔硅薄膜。
4、形成多孔硅凹面反射镜：将电化学腐蚀后的硅片侵蚀到1%氢氧化钠溶液（按氢氧化钠：去离子水以质量比为1:99配制的）中30分钟，把硅片表面的多孔硅薄膜腐蚀掉，形成硅基凹面反射镜。
5、根据相关文献并结合上述的实验条件，得到所形成的硅基凹面反射镜镜面底部中心、边缘离硅基抛光面的垂直深度大约分别为360、170μm；
6、制备完毕后，使用去离子水冲洗，最后在空气中干燥；
7、检验合格后即为成品。
实施例二
本发明的这种硅基凹面反射镜的制备方法，具体包括如下步骤：
1、选用硅片类型为P100、电阻率为0.01Ω.cm、厚度为500μm的圆形硅片，并在其背面镀铝作为阳极；选用薄铂片（厚度为200μm）做成空心球体，从空心球体上截得的球（空心球体半径是2cm）冠底面长度=硅片直径作为阴极，球冠形薄铂片3凸面部分对着硅片2；硅片2和球冠形薄铂片3全部浸没在电解腐蚀液中进行电化学腐蚀，电解腐蚀液是按氢氟酸：无水乙醇和去离子水以体积比为1:1:2配制的。
2、如图1所示，连接好电路：即在腐蚀槽1内放有腐蚀液，在腐蚀槽1内的一端设有硅片2，在腐蚀槽1内的另一端设有球冠形薄铂片3（厚度为200um），球冠形薄铂片3顶点D与硅片2腐蚀中心之间距离为0.20厘米（是硅片2的腐蚀部分直径的0.1倍），硅片2和球冠形薄铂片3（硅片的腐蚀直径和球冠形的薄铂片底部所投影的圆形平面直径相等，均为2厘米）浸泡在腐蚀液中，硅片2和球冠形铂片3底所在平面平行且两者中心轴重合。在腐蚀槽1外设有恒流源，恒流源是通过TekVisa AFG3101任意波形发生器产生的，该恒流源的阳极通过导线与硅片2连接，恒流源的阴极通过导线与球冠形薄铂片3连接，工作时，恒流源的正负极通过腐蚀液形成电流回路。
3、在硅片形成剖面凹形状多孔硅：恒流源的电流密度为40mA/cm2，腐蚀时间为100Min，在硅片上且面对球冠形薄铂片的一侧形成剖面凹形状多孔硅薄膜。
4、形成多孔硅凹面反射镜：将电化学腐蚀后的硅片侵蚀到2%氢氧化钠溶液（按氢氧化钠：去离子水以质量比为1:49配制的）中25分钟，把硅片表面的多孔硅薄膜腐蚀掉，形成硅基凹面反射镜。
5、根据实验测得，所形成的硅基凹面反射镜镜面底部中心、边缘离硅基抛光面的垂直深度大约为290、135μm；
6、制备完毕后，使用去离子水冲洗，最后在空气中干燥；
7、检验合格后即为成品。

Claims (4)

1.一种硅基凹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，作为阴极的球冠形薄铂片的球冠高度H=0.05~0.5R，其中R为球冠电极所在的空心球体半径；球冠形薄铂片的凸面对着硅片，其中球冠底面长度与硅片直径相等；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，硅片与球冠形薄铂片均浸泡在电解腐蚀液中，所述电解腐蚀液是按氢氟酸：无水乙醇和去离子水以体积比为1:1:2配制的；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凹形的多孔硅膜；再采用化学腐蚀的方法腐蚀掉多孔硅膜，从而形成硅基凹面反射镜。
2.根据权利要求1所述的硅基凹面反射镜的制备方法，其特征在于，上述电化学腐蚀的具体过程是这样的，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电极，以球冠形薄铂片的圆心与球冠底垂线为中心轴，离中心轴越远，腐蚀电流密度越小，对硅片的电化学腐蚀形成多孔硅速度越慢，从而形成以硅片中心轴为中心，离中心轴越远，多孔硅薄膜越薄，导致在硅片靠近球冠形薄铂片的一侧面上形成剖面凹形多孔硅薄膜。
3.根据权利要求1或2所述的硅基凹面反射镜的制备方法，其特征在于，上述化学腐蚀的具体过程是，在凹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凹形的多孔硅薄膜进行腐蚀，将多孔硅薄膜腐蚀掉，形成硅基凹面反射镜。
4.根据权利要求3所述的硅基凹面反射镜的制备方法，其特征在于，氢氧化钠腐蚀液的浓度为0 .1-5%。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1191903A (zh) * 1996-12-06 1998-09-02 佳能株式会社 电极、电解腐蚀工艺及装置和制造光电产生器件的工艺
CN1743916A (zh) * 2004-09-01 2006-03-08 精工爱普生株式会社 微透镜、其制造方法、其阵列以及电光装置和电子设备
CN101175628A (zh) * 2005-05-18 2008-05-07 松下电工株式会社 制造光学透镜的工艺
CN102766892A (zh) * 2012-08-10 2012-11-07 重庆绿色智能技术研究院 微纳加工方法和设备
CN106531626A (zh) * 2016-11-08 2017-03-22 湖南文理学院 一种改善多孔硅径向物理微结构均匀性的新方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1191903A (zh) * 1996-12-06 1998-09-02 佳能株式会社 电极、电解腐蚀工艺及装置和制造光电产生器件的工艺
CN1743916A (zh) * 2004-09-01 2006-03-08 精工爱普生株式会社 微透镜、其制造方法、其阵列以及电光装置和电子设备
CN101175628A (zh) * 2005-05-18 2008-05-07 松下电工株式会社 制造光学透镜的工艺
CN102766892A (zh) * 2012-08-10 2012-11-07 重庆绿色智能技术研究院 微纳加工方法和设备
CN106531626A (zh) * 2016-11-08 2017-03-22 湖南文理学院 一种改善多孔硅径向物理微结构均匀性的新方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
多孔硅层的剥离及反射率研究;陈庆东等;《人工晶体学报》;20071231;第36卷(第6期);1435-1439 *

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