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本文采用飞秒激光蚀刻法、深反应离子蚀刻法和金属催化化学蚀刻法制备了黑硅 ， 研究发现 ， 在400~2200nm的波长内 ， 光的吸收显著增强 ， 其中飞秒激光用六氟化硫蚀刻的黑硅在近红外波段的吸收值最高 。 但这大大缩短了晶体硅的少数载流子寿命 ， 通过沉积二氧化硅薄膜使黑硅表面钝化 ， 可以有效地调节和控制 。 最后 ， 以黑硅为基础制造了一种PIN光探测器 ， 与无蚀刻工艺的PIN硅光探测器相比 ， 在1060nm处获得了更高的责任 ， 为0.57A/W 。
任何能够减少反射和增强硅从紫外线到近红外波长的吸收的发展 ， 都将有助于使硅基宽带探测器成为现实 ， 纳米结构和微结构的c-Si（在晶圆表面有锥、线或孔）作为高效和低成本材料的可能结构受到越来越多的关注 ， 因为它们表现出非常低的反射 ， 特别是在可见区域 。 飞秒激光蚀刻(FLE)、深反应离子蚀刻(DRIE)和金属催化化学蚀刻(MCE)等方法可以制备这些结构 ， 可以有效地提高c-Si的光吸收 。
本文采用FLE、DRIE和MCE三种制备BS的方法 ， 同时直接在c-Si基底上获得了几种抗反射/捕光结构 ， 同时 ， 对三种不同的BS材料的形貌、光吸收、少数载流子寿命进行了比较 。 最后 ， 基于BS制造了一种PIN光电探测器 ， 并将其责任与无蚀刻工艺的PIN硅光电探测器进行了比较 。
图1为在六氟化硫和空气大气中被FLE蚀刻的BS的典型形态 。 从图中可以看出 ， 在相同的激光参数下 ， 两种大气中蚀刻的BS形态存在明显差异 。 在图1(a)中 ， 一些锥较大 ， 但其他锥较小 ， 呈现扁平的毯状结构 。 事实上 ， 在n2大气中蚀刻时 ， 也可以得到相同的形态 。 在图1(b)中 ， 每个锥的半径约为40μm ， 基底的截面积约为60μm2 ， 锥锥的直径接近800nm 。 观察到 ， 六氟化硫制备的BS表面有尖锐的尖锥 ， 尖锥之间几乎没有差异 ， 尖锥的方向与入射光一致 。
【华林科纳关于不同刻蚀方法对黑硅形貌和半导体特性的比较】图2为MCE蚀刻的BS的SEM图 ， 其中分别用30s(a)和60s(b)镀银 。 (a)的孔直径明显大于(b) 。 我们认为 ， 在我们的MCE过程中 ， 随着电镀时间的增加 ， 更多的区域附着在硅衬底上 ， 导致更大的蚀刻面积 。
综上所述 ， 采用FLE、DIRE和MCE分别制备了黑硅(BS)材料 ， 硅衬底表面的纳米锥阵列或孔的直径和长度分别为100~400nm和1.5~3μm 。 在400~2200nm的宽波长范围内 ， 黑硅的光吸收显著增强 ， 最大吸收率达到90% ， 这种增强可以解释为硅衬底表面上特定的纳米结构和/或微观结构所引起的反射率降低、捕光效应和散射效应 。 然而 ， 由于上述BS结构引起的重组损失和接触电阻的增加 ， c-Si的少数载流子寿命缩短了 。 基于三种不同的蚀刻方法 ， 我们发现SiNx钝化可以有效地调整少数载流子的寿命 。 研制了一种在前端形成BS的新型硅针光电探测器 ， 并对器件的响应率进行了比较 。 结果表明 ， 在前表面形成BS的Si-PIN光电探测器的响应率明显提高 ， 特别是在近红外w条件下 。
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