Si基片各向异性腐蚀特性研究

各向同性与各向异性材料特性分析引言：在材料科学中，材料的特性是研究中的重要焦点之一。

其中，材料的各向异性与各向同性是决定材料特性的两个基本概念。

本文将对各向异性与各向同性材料进行特性分析，包括定义、特点、应用领域等方面的介绍与比较。

1. 各向异性材料特性分析各向异性材料是指其在不同方向上表现出不同的物理或化学特性。

其特点主要包括以下几个方面：1.1 方向依赖性各向异性材料的特性在不同的方向上会有明显的差异，这种方向依赖性是其最为显著的特点之一。

比如，纤维增强复合材料的拉伸强度和弹性模量在纤维方向上通常较高，而横向却较低。

1.2 高度结构化各向异性材料通常具有高度结构化的特点，即其内部的分子、晶格或微观结构在不同方向上呈现不同的排列方式。

这种结构化使得材料在不同方向上具有不同的性能。

1.3 定向制备为了实现材料的各向异性特性，常常需要通过定向制备方法来控制材料的结构。

比如，在金属材料冷轧过程中，通过控制轧制方向可以显著改变其晶粒取向。

1.4 应用领域各向异性材料广泛应用于航空航天、汽车工业、电子器件等领域。

例如，石墨烯作为一种二维的各向异性材料，在电子器件中具有良好的导电性能和热导性能。

2. 各向同性材料特性分析各向同性材料是指其在各个方向上表现出相同的物理或化学特性。

其特点主要包括以下几个方面：2.1 各向等向性各向同性材料的特性在所有方向上都是相同的，因此也被称为各向均匀材料。

比如，混凝土、塑料等材料在各个方向上的力学性能均一致。

2.2 随机结构各向同性材料通常具有随机的结构，即其内部的分子、晶格或微观结构没有特定的取向。

这种随机结构使得材料在各个方向上的特性保持一致。

2.3 便于加工由于各向同性材料在不同方向上的特性相同，所以在加工过程中不需要过多考虑材料的方向性，使得加工工艺相对简单。

比如，塑料材料在注塑成型过程中无需特别考虑方向性。

2.4 应用领域各向同性材料广泛应用于建筑、家居装饰、日常用品等领域。

硅各向异性腐蚀技术研究李倩;崔鑫;李湘君【摘要】The principle of compensation based on two compensation structures was discussed in this paper,and the graphics of compensation was designed and experimented with KOH etchant. The compensation effect of the convex corner according well with expected.%针对两种补偿结构探讨了硅的凸角腐蚀补偿原理,设计了补偿版图,并在KOH腐蚀液中进行实验验证,获得了好的直角凸面补偿效果.【期刊名称】《微处理机》【年(卷),期】2012(033)006【总页数】3页(P12-13,19)【关键词】氢氧化钾;湿法腐蚀;凸角补偿【作者】李倩;崔鑫;李湘君【作者单位】中国电子科技集团公司第四十七研究所,沈阳110032;中国电子科技集团公司第四十七研究所,沈阳110032;中国电子科技集团公司第四十七研究所,沈阳110032【正文语种】中文【中图分类】TN3051 前言湿法腐蚀是微传感器制造工艺中常用的MEMS后处理工艺，利用Si在KOH、TMAH等碱性溶液中的各向异性腐蚀特性实现传感器的腔、槽、台面等结构。

但是在进行Si(100)台面腐蚀时，由于硅的各向异性腐蚀特性，凸角处严重出现切削现象因而导致器件性能改变。

2 各向异性湿法腐蚀技术硅的各向异性腐蚀，是指腐蚀液对硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率［1］，基于这种腐蚀特性，可在硅衬底上加工出各种微结构。

单晶硅片在其不同方向上对某些腐蚀液具有各向异性，常用的有R(100)＞R(110)＞ R(111)［2］。

在制造硅杯或台面等结构时，常选用(100)面。

2.1 单晶硅湿法异向腐蚀原理单晶硅在有机腐蚀剂和无机腐蚀剂中具有非常类似的腐蚀现象，由此可推出OH－离子是此反应的主要参与者。

收稿日期:2003203206.作者简介:姜胜林(19672),男,教授;武汉,华中科技大学电子科学与技术系(430074).基金项目:国家自然科学基金重大研究计划项目(90201028);国家高技术研究发展计划资助项目(2002AA325080).Si 基片各向异性腐蚀特性研究姜胜林　曾亦可　刘少波　刘梅冬(华中科技大学电子科学与技术系)摘要:为了制备高性能铁电薄膜红外探测器,对Si 微桥的湿化学腐蚀工艺进行了研究.利用Si 基片各向异性腐蚀特性,在四甲基氢氧化铵(简称TMAH )水溶液中加入氢氧化钾(KOH )作为各向异性腐蚀液(简称KTMAH ),研究了TMAH 与KOH 摩尔比、腐蚀浓度、腐蚀温度对Si 基片腐蚀特性的影响.结果表明:Si (100)面的腐蚀速度随着腐蚀液浓度和温度的升高而增大,随着TMAH 与KOH 摩尔比的降低,KTMAH 腐蚀液对掩膜层的腐蚀程度加剧.选用5g/L 的过硫酸盐(PDS )与TMAH 质量分数为25%、TMAH 与KOH 摩尔比为2的KTMAH 混合液作为腐蚀液,并在80℃×2.5h 的腐蚀条件下能得到平整的腐蚀面,可以制备质量较好的微桥结构.关　键　词:Si 基片各向异性;腐蚀特性;KTMAH 腐蚀液中图分类号:TN304 文献标识码:A 文章编号:167124512(2003)1020022204 红外探测器焦平面阵列(U FPA )是红外热成像系统的关键部分,其性能与薄膜材料及其制备工艺密切相关.在材料系列确定的条件下,焦平面阵列制备工艺对红外探测器焦平面阵列性能的影响至关重要.在铁电薄膜单元热释电红外探测器的制备工艺中,利用腐蚀加工技术制备微桥的过程尤为关键,它直接影响到器件的灵敏度.常用的腐蚀法有湿化学腐蚀、电化学腐蚀和激光腐蚀等,其中湿化学腐蚀法加工范围广泛,最为简便实用、经济.U FPA 系统的灵敏元横向尺寸一般为mm 级或亚mm 级,利用Si 基片各向异性腐蚀特性,通过改进传统腐蚀工艺,湿化学腐蚀法可以应用于U FPA 系统的微细图形刻蚀.1　腐蚀实验单晶Si 的各向异性是采用湿化学腐蚀法对其实现精确微细加工的前提条件.此外,单晶Si 的取向、n 型或p 型掺杂浓度、腐蚀剂的组分比例、浓度、温度及搅拌速度都将影响微细图形的形成.以(100)单晶Si 为研究对象,其各向异性腐蚀速度如图1所示[1].由图可清楚看出:以倾斜54.7°的(111)面的腐蚀速度最慢,而以(133)面腐蚀速度最快,因此与(100)面呈35.3°夹角的图1　(100)Si 单晶上的各向异性腐蚀(111)面为腐蚀边界面.利用这种腐蚀特性,可制出轮廓清晰,侧壁十分均匀的V 型槽和悬臂梁.在(100)面上(110)和(110)方向开一个正方型窗口,则可得到四棱锥体腐蚀坑,若适当控制腐蚀时间,则实际得到四棱台腐蚀坑.实验选取厚度为350μm ,电阻率为2.5×108第31卷第10期 华　中　科　技　大　学　学　报(自然科学版) Vol.31　No.102003年　10月 J.Huazhong Univ.of Sci.&Tech.(Nature Science Edition ) Oct.　2003Ω·cm 的n 型(100)取向单晶Si 作为腐蚀样品,以550nm 厚热氧化SiO 2为腐蚀掩膜层,并以总厚度为1.75μm 的L PCVD SiO 2,Si 3N 4和浓硼扩散(>2×1019cm -3)的强p 型热氧化SiO 2作为腐蚀钝化层来终止腐蚀,避免腐蚀液穿透Si 基片.将光刻出腐蚀窗口阵列的3.8cm Si 基片划为若干单窗口小片,将小片的正面用树脂密封,固化后备用.确定KTMAH 为各向异性腐蚀液.采取TMAH 质量分数为25%水溶液直接溶解KOH晶体的方法,先配制出TMAH 与KOH 摩尔比为5,4,3,2和1的5种腐蚀液,然后在腐蚀液中均按5g/L 加入PDS 添加剂.将腐蚀液分别倒入不同的试管,并将正面保护的单窗口小硅片置入腐蚀液中,密封试管口以避免TMAH 成分溢失,试管以水浴加热并以恒温温度计调节电炉控温.腐蚀坑的深度采用光学显微镜聚焦法测量,掩膜层的腐蚀速度通过椭偏仪测量其厚度的改变来确定.2　结果与讨论图2是经过80℃,2.5h 腐蚀后硅片的腐蚀坑底的SEM 照片.由图可知,TMAH 与KOH 摩尔比等于4时的腐蚀坑底被一种圆锥状小丘覆盖,坑面很不平整.单个小丘的锥底直径约为60μm ,斜面皱褶较多,正处于四棱锥体形成的初级阶段.随着KOH 含量的增加,腐蚀面的平整度发生了明显变化.当TMAH 与KOH 摩尔比为3时坑底小丘变为棱角清晰的四棱锥体,锥底边长约为20μm ,斜面平滑.经分析四个斜面分别对应为腐蚀速度最低的(111)、(111)、(111)和(111)晶面.当TMAH 与KOH 摩尔比为1时,腐蚀坑底(110)方向的四棱锥体消失,在(110)方向出现许多底边长约为70μm 、深约为10μm 的四棱台小坑,使腐蚀坑底变得凸凹不平.这显然是碱性较强的腐蚀液对晶体的(100)和(111)面进行了更深度腐蚀的结果.图2　经过80℃×2.5h 腐蚀后硅片的腐蚀坑底的SEM 照片 结果表明,TMAH 质量分数为25%、TMAH与KOH 摩尔比为2时的KTMAH 腐蚀液,在80℃×2.5h 的腐蚀条件下能得到平整的腐蚀面.当改变腐蚀温度时仅发现腐蚀深度的变化,而32第10期 姜胜林等:Si 基片各向异性腐蚀特性研究 未发现各腐蚀面的变化;当保持TMAH与KOH 摩尔比为2、腐蚀温度和时间等条件不变,而稀释腐蚀液的TMAH质量分数为15%时,腐蚀深度变浅,腐蚀面变粗糙,经测试发现TMAH与KOH 摩尔比为4的溶液与稀释后的TMAH与KOH 摩尔比为2的溶液具有相差不大的p H值.分析表明,腐蚀面的粗糙度和深度与腐蚀液的碱性强度直接相关,而腐蚀面的形貌与温度基本无关.表1是TMAH与KOH摩尔比为2时不同TMAH质量分数(5%,10%,…,25%)和腐蚀温度下的Si(100)面的腐蚀速度(v TMAH).由表可见,Si(100)面的腐蚀速度随着腐蚀液浓度和温度的升高而增大.在80℃下TMAH与KOH摩尔比为2、TMAH质量分数25%时的KTMAH腐蚀液腐蚀速度约为2.1μm·min-1,是Kazuo Sato等报道的同温同质量分数下单TMAH成份腐蚀液的腐蚀速度的2.3倍[2].后者和TMAH与KOH 摩尔比为2、TMAH质量分数10%时的KTMAH 腐蚀液的腐蚀速度相当.表1　一定条件下Si(100)面的腐蚀速度(μm/min)T/℃w TMAH5%10%15%20%25%600.540.780.99 1.35 1.54 700.680.82 1.24 1.59 1.83 800.790.91 1.43 1.78 2.10 900.95 1.27 1.66 1.92 2.31 有文献报道表明[3],单TMAH腐蚀液的腐蚀速度随着质量分数的升高而降低,其解释为Si 与腐蚀液发生如下反应:Si+2OH-+2H2O→SiO2(OH)2-2+2H2↑生成低溶解度的水合硅酸盐SiO2(OH)2-2.当TMAH质量分数较大即水含量较少时,水合硅酸盐的溶解度下降,更多地沉积于腐蚀坑底及小丘表面,从而影响反应进程并降低反应速度.本实验结果表明KTMAH腐蚀液的腐蚀速度随着质量分数的升高而增加,这与腐蚀液的质量分数升高、碱性增强时腐蚀性也增强的规律相符.分析认为由于KOH成份的引入,腐蚀液与Si的反应更为剧烈,反应中不断生成H2.上升的H2可将沉积的水合硅酸盐托起,避免其覆盖腐蚀坑底及小丘表面,使反应得以正常进行,而腐蚀液也可对坑底小丘进行更为彻底的腐蚀[4].图3是经过80℃×2.5h腐蚀后硅片的掩膜层的SEM照片.图中显示,TMAH质量分数为25%、TMAH与KOH摩尔比等于3时的KTMAH腐蚀液对SiO2掩膜层基本无影响,SiO2层仍能保持热氧化形成时的凸凹不平但较致密的原貌.此时的SiO2掩膜层表面呈现彩色衍射花纹,表明其厚度也未发生大的变化.当腐蚀液的TMAH与KOH摩尔比为2时,掩膜层表面变得较光滑,衍射花纹减少,出现(110)方向的、底面直径约为4μm的圆锥形钻蚀孔,其深度应已穿透图3　一定条件下的SiO2掩膜层的SEM照片550nm的SiO2层.这表明腐蚀液开始腐蚀SiO2层的凸起部分使其平整,但SiO2层的原凹陷部分依然存在,因为纯Si层的腐蚀图形应是四棱锥(或四棱台).当腐蚀液的TMAH与KOH摩尔比为1时,掩膜层表面无衍射花纹,出现底边长约为10μm、深度约为3μm的四棱台,这说明SiO2层已被完全腐蚀,腐蚀液开始腐蚀单晶Si.根据以上分析,图4示出了随着KOH质量分数的增加, KTMAH腐蚀液对掩膜层的腐蚀程度.通过椭偏仪测量掩膜层厚度的改变可计算出不同腐蚀液在不同温度下对掩膜层的腐蚀速度,图4　随着w K OH的增加,KTMAH腐蚀液对掩膜层的腐蚀程度如表2所示.经计算在2.5h内腐蚀完550nm的SiO2掩膜层所需平均腐蚀速度为36.7×10-10 m·min-1.由表可发现,TMAH质量分数为25%、TMAH与KOH摩尔比为2时KTMAH腐蚀液42 华　中　科　技　大　学　学　报(自然科学版) 第31卷表2　不同腐蚀液在不同温度下对掩膜层的腐蚀速度/nm ·min-1T /℃TMAH 与KO H 的摩尔比32160-10.723.370-15.027.480 6.117.837.9909.024.642.5的腐蚀速度小于该值,但存在掩膜层的局部钻蚀现象.考虑到该腐蚀液对Si 牺牲层的良好腐蚀性能及背面掩膜层的少量钻蚀对U FPA 器件性能影响很小,因此本文选用5g/L 的PDS 与TMAH质量分数为25%、TMAH 与KOH 摩尔比为2的KTMAH 的混合液作为腐蚀液,并在80℃×2.5h 的腐蚀条件下制备正式U FPA 器件的微桥.图5是腐蚀得到的U FPA 器件的单个微桥.由图可见,微桥呈四棱台型,基片的上下表面及微桥侧壁均较平整.腐蚀2h 后的微桥深度约为250μm ,厚度约为100μm ;腐蚀2.5h 后的微桥深度为305μm ,厚度约为45μm.微桥(111)面的倾斜角约为35°,与图1分析的(100)Si 单晶的各向异性腐蚀特征符合较好.这表明采用改进的腐蚀装置和腐蚀液后,有效地提高了腐蚀效率和微桥质量.图5　腐蚀得到的U FPA 器件的单个微桥形貌参考文献[1]Tabata O ,Asahi R ,Funabashi H ,et al.Anisotro picetching of silicon in TMAH solutions.Sensors and Ac 2tuators A ,1992,34:51～57[2]K azuo Sato ,Mitsuhiro Shikida ,Takashi Y amashiro ,etal.Anisotropic etching rates of single 2crystal silicon for TMAH water solution as a function of crystallographicorientation.Sensors and Actuators A ,1999,73:131～137[3]Baude P F ,Y e C ,Tamagawa T ,et al.Fabrication ofsol 2gel derived ferroelectric Pb 0.865La 0.09Zr 0.65Ti 0.35O 3optical waveguides.J.Appl.Phys.,1993,73(11):7960～7962[4]刘少波.BST 铁电薄膜的制备及其非致冷红外焦平面阵列的研究:[博士学位论文].武汉:华中科技大学电子科学与技术系,2002.The anisotropy of etching solution properties of Si substratesJiang S hengli n Zeng Yike L i u S haobo L i u Mei dongAbstract :The Si micro 2bridge was fabricated by wet chemical etching technique in order to get good in 2frared thermal imaging system with ferroelectric thin films.The effect on the anisotropy of etching solution was studied by changing the mol ration of TMAH/KOH in the etching solution ,temperature and time.The results indicated that the etching solution velocity of Si (100)increased with the increasing of the etch 2ing solution concentration and temperature ,and the etching solution degree was speeded up with the de 2creasing of the mol ratio of TMAH/KOH for different system.G ood micro 2bridge can be obtained in the system when PDS is 5g/L ,the quality percentage of TMAH is 25%,the mol ratio of TMAH/KOH is 2,and the technique is 80℃×2.5h.K ey w ords :anisotropy of Si substrates ;etching solution properties ;KTMAH etching solutionJiang Shenglin Prof.;Dept.of Electronic Science &Tech.,Huazhong Univ.of Sci.&Tech.,Wuhan430074,China.52第10期 姜胜林等:Si 基片各向异性腐蚀特性研究 。

材料科学中的各向异性研究在材料科学中，人们经常遇到各向同性和各向异性的问题。

各向同性是指在各个方向上性质相同，各向异性则指在不同方向上物质性质存在差异。

各向异性多数情况下是由于内部结构因素引起的，如晶体结构、分子排列等。

因此，在材料科学中，研究各向异性对于材料性能的影响和适应各项需要的要求至关重要。

1. 各向异性研究在材料设计中的应用在研发材料时，对于材料的性能要求通常都是各向同性的，但在实际应用中，各向异性却十分常见。

例如，我们对于一种材料的强度、硬度等性能要求高，但若只从晶体结构角度出发，该材料的骨架只在某些方向上具有很强的性能，而在其他方向上则相对较弱。

这样就需要研究材料各向异性对于性能的影响，重新设计其中的晶体结构、分子排列来实现性能的提高，使材料能够满足真实需求。

2. 各向异性对材料力学性能影响的研究材料的力学性能，如弹性模量、泊松比、剪切模量等，均与其各向同性相关。

当材料出现各向异性时，力学性能也就会有变化。

例如，某些材料由于晶体结构的原因，在某个方向上的弹性模量可能远大于在另一个方向上的弹性模量，这就使得材料在受力时呈现出不同的变形模式，从而导致了材料不同的应力响应行为。

这样的影响在材料力学性能研究上显得尤为重要。

3. 各向异性对材料传输性质的影响各向异性对于材料的传输性质也有很大的影响。

例如，金属材料中存在着一些非球形的晶粒，在传热传电时会形成各向异性；木材由于其植物纤维的排列方式也表现出相应地各向异性特征。

而通过对各向异性的研究，我们可以更好地了解材料的传输性质，有助于我们制定更科学的实验方法和方案。

4. 各向异性在材料加工中的应用目前许多新型制备技术在利用各向异性进行材料加工方面有较高的应用价值。

比如在轧制工程中，利用物涌压加工原理使金属材料中的晶粒对处理气流产生阻挡，实现快速松弛并达到相应的分散、精炼目的；而在切削加工中，通过调整加工过程中的加工参数和工具的几何形状，实现材料高效率加工、精细切削和雷竭模拟效果等操作。

论文编号PV-46（共6页）关于单晶硅各向异性腐蚀机理的讨论许彦旗汪义川季静佳施正荣无锡尚德太阳能电力有限公司214028摘要：在单晶硅太阳电池的制备工艺中，经常利用碱溶液对各个晶面腐蚀速率不同，在硅片表面形成类“金字塔”状绒面，降低反射率。

本文研究了（氢氧化钠+乙醇）混合体系对（100）晶向的单晶硅片的各向异性腐蚀过程，描述了随着氢氧化钠的含量、乙醇的含量和反应时间的变化，金字塔绒面微观形貌和硅片表面反射率的变化情况，从金字塔的成核、生长过程的角度，分析了各工艺参数影响绒面质量的机理，总结出了适宜大规模生产的工艺参数。

关键词：单晶硅绒面各向异性Abstract: Anisotropic etching process of (100) oriented crystalline silicon in alkaline solution containing sodium hydroxide and ethanol was investigated, which is the common formula of texturing solution in Chinese mass production of mono-silicon solar cells. This paper shows the different surface morphology and reflectance as the concentrations of NaOH or ethanol, as well as etching time changed. The roles of NaOH and ethanol in the texturing solution are expressed from the view point of nucleation and growth of pyramid. The processing parameters are optimized to meet the requirement for mass production.Key words: crystalline silicon, texturization, anisotropic etching1引言为了提高单晶硅太阳电池的光电转换效率，工业生产中通常采用碱与醇的混合溶液对（100）晶向的单晶硅片进行各向异性腐蚀，在表面形成类“金字塔”状的绒面（pyramidal texture），有效的增强了硅片对入射太阳光的吸收，从而提高光生电流密度。

各向异性材料的制备及其性能研究各向异性材料是指其性质在不同方向上表现出显著不同的材料，是材料科学中研究的热点之一。

目前，各向异性材料已经被广泛地应用于领域包括光学、电子、生物医学等等。

本文将探讨各向异性材料的制备及其性能研究。

1.各向异性材料的制备方法一般而言，制备各向异性材料的方法至少需要两个步骤：方向取向和加工。

其中，方向取向通常通过电子束熔化、机械拉伸、微影阴极氧化等方法进行。

加工则多是通过模切、微纳米加工、陶瓷合成等方法实现。

电子束熔化法是利用电子束加热和快速凝固将金属粉末液化形成一层薄膜，其晶粒在所施加的方向上具有取向性。

机械拉伸则是将晶粒沿拉伸方向进行通过拉伸，其所受的应力会导致原子的扭曲，使得晶粒沿拉伸方向被压扁而沿着垂直方向增加了粒尺寸。

微影阴极氧化则是将微小的图案、结构等沉积到聚合物表面，在冷冻后就可以被剥离。

另一方面，加工而来的各向异性材料则需要遵循具体的制备原则。

贴合式和陶瓷淀积法属于为制备陶瓷类各向异性材料的一种，利用制备出来的陶瓷材料制成钛硼基和炭化硅等不同方向分布的结构。

模切则是在压制过程中形成了各向异性的塑性变形，在应力场中形成压力各向异性的新材料。

2.各向异性材料的性能研究各向异性材料具有许多优异的性质，应用前景广阔。

其中光学、电子、及零件制造是各向异性材料的主要应用方向。

光学方面，各向异性可以用来改变光的传播方向和多个入口方向。

例如，使用各向异性材料制造的环状光学钳可以用于对细胞进行切割和针灸，进行细胞疗法。

电子方面，各向异性材料的电子性能可以被控制，进而可以被用作太阳能电荷的收集器、半导体器件和电磁场发生器等。

另外，各向异性材料的超导性能也非常出色，展现出了出色的表现，可以作为高品质超导器件的研究对象。

零件制造上，各向异性造成功能材料也被人们广泛地应用。

例如，制造出的飞机引擎部件具有更大的刚性和耐腐蚀性。

3.应用前景未来，各向异性材料的应用前景非常广。

特别是在纳米制造和医学上，各向异性材料将会有广泛的应用。

化　工　纵　横《Co mment s &Review s in C 1I 1》单晶硅各向异性湿法腐蚀机理的研究进展王　涓　孙岳明　黄庆安3　周再发3(东南大学化学化工系,江苏南京210096;3东南大学ME MS 重点实验室,江苏南京210096)摘要　介绍了硅各向异性腐蚀的含义、特点、用途以及常用的腐蚀剂等基本要素;着重论述了试图解释硅各向异性腐蚀行为的几种典型机理,并在此基础上对各腐蚀机理做了简要分析。

关键词　硅　各向异性　湿法腐蚀收稿日期:2004-04-27作者简介:王涓(1980～),女,研究生。

孙岳明(1965～),男,教授,博导,从事配合物的能带结构,催化机理等方面的研究工作。

R esearch Development on Wet Anisotropic E tchingMechanism of Crystal SiliconWang Juan 1　Sun Y ueming 1　Huang Qingan 2　Zhou Z aifa 2(1Depatment of Chemistry and Chemical Engineering ,S outheast University ,nanjing 210096,China ;2Microelectronic Center ,S outheast University ,nanjing 210096,China )Abstract The meanings ,characteristics ,purposes of the anis otropic etching of silcon and frequently used etchants etc.are introduced.And especially the explanations of anis otropic etching mechanisms of crystal silicon are em phasized on.Then a survey of the analysis on the etching mechanisms refered is made.K ey w ords silicon anis otropy wet etching 硅腐蚀技术是硅微机械(Micromachining )加工中最基础、最关键的技术[1],它通常有两种:干法腐蚀和湿法腐蚀。

论文编号PV-46（共6页）关于单晶硅各向异性腐蚀机理的讨论许彦旗汪义川季静佳施正荣无锡尚德太阳能电力有限公司214028摘要：在单晶硅太阳电池的制备工艺中，经常利用碱溶液对各个晶面腐蚀速率不同，在硅片表面形成类“金字塔”状绒面，降低反射率。

本文研究了（氢氧化钠+乙醇）混合体系对（100）晶向的单晶硅片的各向异性腐蚀过程，描述了随着氢氧化钠的含量、乙醇的含量和反应时间的变化，金字塔绒面微观形貌和硅片表面反射率的变化情况，从金字塔的成核、生长过程的角度，分析了各工艺参数影响绒面质量的机理，总结出了适宜大规模生产的工艺参数。

关键词：单晶硅绒面各向异性Abstract: Anisotropic etching process of (100) oriented crystalline silicon in alkaline solution containing sodium hydroxide and ethanol was investigated, which is the common formula of texturing solution in Chinese mass production of mono-silicon solar cells. This paper shows the different surface morphology and reflectance as the concentrations of NaOH or ethanol, as well as etching time changed. The roles of NaOH and ethanol in the texturing solution are expressed from the view point of nucleation and growth of pyramid. The processing parameters are optimized to meet the requirement for mass production.Key words: crystalline silicon, texturization, anisotropic etching1引言为了提高单晶硅太阳电池的光电转换效率，工业生产中通常采用碱与醇的混合溶液对（100）晶向的单晶硅片进行各向异性腐蚀，在表面形成类“金字塔”状的绒面（pyramidal texture），有效的增强了硅片对入射太阳光的吸收，从而提高光生电流密度。

论文编号PV-46（共6页）关于单晶硅各向异性腐蚀机理的讨论许彦旗汪义川季静佳施正荣无锡尚德太阳能电力有限公司214028摘要：在单晶硅太阳电池的制备工艺中，经常利用碱溶液对各个晶面腐蚀速率不同，在硅片表面形成类“金字塔”状绒面，降低反射率。

本文研究了（氢氧化钠+乙醇）混合体系对（100）晶向的单晶硅片的各向异性腐蚀过程，描述了随着氢氧化钠的含量、乙醇的含量和反应时间的变化，金字塔绒面微观形貌和硅片表面反射率的变化情况，从金字塔的成核、生长过程的角度，分析了各工艺参数影响绒面质量的机理，总结出了适宜大规模生产的工艺参数。

关键词：单晶硅绒面各向异性Abstract: Anisotropic etching process of (100 oriented crystalline silicon in alkaline solution containing sodium hydroxide and ethanol was investigated, which is the common formula of texturing solution in Chinese mass production of mono-silicon solar cells. This paper shows the different surface morphology and reflectance as the concentrations of NaOH or ethanol, as well as etching time changed. The roles of NaOH and ethanol in the texturing solution are expressed from the view point of nucleation and growth of pyramid. The processing parameters are optimized to meet the requirement for mass production. Key words: crystalline silicon, texturization, anisotropic etching1引言为了提高单晶硅太阳电池的光电转换效率，工业生产中通常采用碱与醇的混合溶液对（100）晶向的单晶硅片进行各向异性腐蚀，在表面形成类“金字塔”状的绒面（pyramidal texture ），有效的增强了硅片对入射太阳光的吸收，从而提高光生电流密度。

各向异性材料的性能改进与应用研究第一章：引言各向异性材料（Anisotropic Materials）是指其性质在不同方向上有明显差异的材料。

在实际应用中，各向异性材料的性能改进与应用研究是一个非常重要的课题。

本文将从几个方面对各向异性材料的性能改进与应用进行探讨。

第二章：性能改进的方法2.1 导电性能改进各向异性材料中的导电性能是其重要的性能指标之一。

例如，碳纤维增强复合材料具有优异的导电性能，可用于制造导热电极、导电窗帘等应用。

2.2 机械性能改进各向异性材料的机械性能改进对于其在结构材料领域的应用至关重要。

可以通过优化纤维的排列方式、增加纤维体积分数等方式来改进各向异性材料的机械性能。

2.3 光学性能改进光学性能是各向异性材料在光学器件制造等领域应用的重要性能指标。

通过控制材料的晶体结构、改变成分比例等手段可以有效地改进各向异性材料的光学性能。

第三章：各向异性材料的应用研究3.1 电子器件制造各向异性材料在电子器件制造领域具有广泛的应用。

例如，各向异性导电膜可用于触摸屏、柔性电子等领域；各向异性介电材料可用于制造集成电路等。

3.2 光学器件制造各向异性材料在光学器件制造方面也有着重要应用。

例如，各向异性材料可用于制造天线、光纤等光学器件。

3.3 结构材料领域各向异性材料的独特性能使得它在结构材料领域具有广泛应用。

例如，在航空航天领域，各向异性材料的低密度、高强度等性能使其成为理想的结构材料。

第四章：案例分析4.1 各向异性材料在汽车制造中的应用汽车制造领域对材料的要求非常高，各向异性材料由于其优异的性能成为了汽车制造的重要材料之一。

通过使用各向异性材料，可以降低汽车的重量、提高安全性能等。

4.2 各向异性材料在高科技领域中的应用高科技领域对材料的性能要求非常高，各向异性材料由于其独特的性质，在高科技领域中得到广泛应用。

例如，碳纤维增强复合材料在航空航天、船舶制造等领域发挥着重要作用。

第五章：总结与展望各向异性材料的性能改进与应用研究，对于提高材料的综合性能、拓宽材料的应用领域具有重要意义。

收稿日期:2018-06-07MEMS 中硅各向异性腐蚀特性研究刘伟伟，吕菲，常耀辉，李聪，宋晶(中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津300220)摘要:在碱性溶液中硅单晶片因晶向不同其刻蚀速率出现差异,利用这一特点制作三维结构器件;刻蚀速率与三维结构的形状和精度相关,刻蚀的表面粗糙度与器件的性能有关;根据各向异性腐蚀机理可知,刻蚀速率强烈依赖单晶晶向,刻蚀温度和刻蚀液的组分也会对刻蚀速率产生显著影响;表面粗糙度主要是因为刻蚀时表面被反应生成的氢气泡覆盖,局部区域不能参加化学反应,导致这一区域出现凸起;在刻蚀液中加入添加剂使气泡迅速脱离反应表面能有效降低表面粗糙度,但刻蚀液不同所适用的添加剂不同。

关键词:各向异性腐蚀;微电子机械系统(MEMS );刻蚀速率;表面粗糙度;添加剂中图分类号:TN305.2文献标识码:A文章编号:1004-4507(2018)04-0014-04The Study of Anisotropic Etching Characteristics ofSilicon in MEMSLIU Weiwei ，LV Fei ，CHANG Yaohui ，LI Cong ，SONG Jing (The 46th Research Institute of CETC ，Tianjin 300220，China)Abstract:Due to the crystal orientation ，the silicon single crystal wafers has different etching rate in the alkaline solution.This feature is using for producing three-dimensional structural devices.The shape and accuracy of the three-dimensional structure is related to the etching rate.The performance of the device is related to the surface roughness of the etched.According to the principle of anisotropic etching ，the etching rate strongly depends on the single crystal orientation ，while the etching temperature and the composition of the etching solution also have a significant effect on the etching rate.The partial area of the surface is covered by hydrogen bubbles generated from the reaction ，which prevent the chemical reactions.This results in local bulging then affecting the surface roughness.The additives added to the etchant contribute to the bubbles rapidly dissociated from the reaction surface ，which can effectively reduce the surface roughness ，but different additives used in the etching solution are different.Key words:Anisotropic etching ；Micro electro mechanical system （MEMS ）；Etching rate ；Surface roughness ；Additive硅单晶的各向异性腐蚀在半导体材料的加工过程中占据重要地位，广泛应用于硅单晶片的腐蚀减薄、化学机械抛光（CMP）、抛光片清洗、太阳能电池的制绒等领域。