·620· 北京科技大学学报 第33卷 20ncm,纯度为99.999%，厚度为265m.首先利 测量，测量时采用波长为904nm、脉冲宽度为200ns 用稀释的HF对基片浸泡10s,去除基片表面的污染 的激光激发光生载流子，每个脉冲产生的载流子数 和损伤，然后用去离子水对基片进行清洗，氮气吹 为1.2×103. 干.最后对基片进行等离子体浸没离子注入，注入 2结果与讨论 设备为中国科学院微电子研究所研制的等离子体浸 没离子注入机PⅢICPO8A. 2.1黑硅的组织结构 1.2表征方法 图1为注入偏压为-2kV不同SF6和O2流量 使用剑桥S一360型扫描电子显微镜分析黑硅 比(Qs/Qo,)下黑硅的显微组织.可以看出：Qs。/ 形貌.利用带有积分球的Cary5000紫外-可见光- Qo,值对黑硅的表面组织具有重要影响，当SF。含量 近红外分光光度计测试黑硅的反射率，测试范围为 过多时，表面比较光滑，等离子体对硅的刻蚀作用明 250~2500nm.少数载流子寿命由微波光电导衰减 显：当O2含量过多时，硅表面出现了不均匀的孔状， 方法（μ一PCD)测试，利用Semilab公司生产的 还有一些条状的沟槽出现.当Qs,/Q,值为2.80 WT-2000型u-PCD仪对样品进行少数载流子寿命 时，为均匀的多孔组织，孔的平均直径为300nm. (a) b 10 gm 10m 10m 10m 图1偏压为-2kV时不同Qs,/Qo,比例下制备的黑硅显微组织.(a)8.50:(b)3.75:(c)2.80:(d)217 Fig.1 Microstructures of black silicon prepared under -2kV bias at different s ratios:(a)8.50:(b)3.75:(c)2.80:(d)2.17 图2为Q。/Qo,值为2.80时不同注入偏压下 入偏压为-2.5kV的时候，吸收性能反而降低，主要 黑硅的显微组织.可以看出，所有的黑硅都呈现均 是因为注入偏压为-2.5kV时黑硅中孔的密度明显 匀的多孔组织，偏压对黑硅的组织影响不是很大，当 降低 偏压为-2.5kV时黑硅中孔的密度明显降低 图5是注入偏压为2kV时Qs./Qo,值不同制备 2.2黑硅的吸收率 黑硅的吸收光谱。可以看出：当Qs,/Qo,值为2.80 图3是黑硅和多晶硅的吸收光谱，黑硅的制备 时黑硅在可见光和近红外波段的吸收性能最好，高 条件为偏压-2kV、Qs,/Qo,值为2.80.可以看出， 于或低于此值时吸收性能都降低：当Qs。/Qo,值为 黑硅在可见光和近红外波段比多晶硅的吸收率要大 8.50时，吸收性能和抛光硅的接近.这是因为黑硅 大提高，在可见光近和红外波段，黑硅的平均吸收率 的吸收性能与其结构密切相关，当Qs。/Q,值为 大约为94%. 2.80时黑硅表面的孔密度最大，所以其吸收性能 图4是Qs,/Q,值为2.80时不同偏压下制备 最好. 黑硅的吸收光谱.发现注入偏压对黑硅的红外波段 2.3黑硅少数载流子寿命 吸收性能几乎没有影响；在可见光波段有轻微影响， 图6给出了黑硅片的μ一PCD图及其少数载流 基本上是随着注入偏压升高，吸收性能变好：但是注 子寿命的分布图.从图上可以看到，整个硅片的少北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 20 Ω·cm，纯度为 99. 999% ，厚度为 265 μm． 首先利 用稀释的 HF 对基片浸泡 10 s，去除基片表面的污染 和损伤，然后用去离子水对基片进行清洗，氮气吹 干． 最后对基片进行等离子体浸没离子注入，注入 设备为中国科学院微电子研究所研制的等离子体浸 没离子注入机 PⅢ--ICP08A． 1. 2 表征方法 使用剑桥 S--360 型扫描电子显微镜分析黑硅 形貌． 利用带有积分球的 Cary--5000 紫外--可见光-- 近红外分光光度计测试黑硅的反射率，测试范围为 250 ～ 2 500 nm． 少数载流子寿命由微波光电导衰减 方法 ( μ--PCD) 测 试，利 用 Semilab 公 司 生 产 的 WT--2000型 μ--PCD 仪对样品进行少数载流子寿命 测量，测量时采用波长为 904 nm、脉冲宽度为 200 ns 的激光激发光生载流子，每个脉冲产生的载流子数 为 1. 2 × 1013 ． 2 结果与讨论 2. 1 黑硅的组织结构 图 1 为注入偏压为 － 2 kV 不同 SF6 和 O2 流量 比( QSF6 /QO2 ) 下黑硅的显微组织． 可以看出: QSF6 / QO2值对黑硅的表面组织具有重要影响，当 SF6 含量 过多时，表面比较光滑，等离子体对硅的刻蚀作用明 显; 当 O2 含量过多时，硅表面出现了不均匀的孔状， 还有一些条状的沟槽出现． 当 QSF6 /QO2 值为 2. 80 时，为均匀的多孔组织，孔的平均直径为 300 nm． 图 1 偏压为 － 2 kV 时不同 QSF6 /QO2比例下制备的黑硅显微组织． ( a) 8. 50; ( b) 3. 75; ( c) 2. 80; ( d) 2. 17 Fig． 1 Microstructures of black silicon prepared under － 2 kV bias at different QSF6 /QO2 ratios: ( a) 8. 50; ( b) 3. 75; ( c) 2. 80; ( d) 2. 17 图 2 为 QSF6 /QO2 值为 2. 80 时不同注入偏压下 黑硅的显微组织． 可以看出，所有的黑硅都呈现均 匀的多孔组织，偏压对黑硅的组织影响不是很大，当 偏压为 － 2. 5 kV 时黑硅中孔的密度明显降低． 2. 2 黑硅的吸收率 图 3 是黑硅和多晶硅的吸收光谱，黑硅的制备 条件为偏压 － 2 kV、QSF6 /QO2值为 2. 80． 可以看出， 黑硅在可见光和近红外波段比多晶硅的吸收率要大 大提高，在可见光近和红外波段，黑硅的平均吸收率 大约为 94% ． 图 4 是 QSF6 /QO2 值为 2. 80 时不同偏压下制备 黑硅的吸收光谱． 发现注入偏压对黑硅的红外波段 吸收性能几乎没有影响; 在可见光波段有轻微影响， 基本上是随着注入偏压升高，吸收性能变好; 但是注 入偏压为 － 2. 5 kV 的时候，吸收性能反而降低，主要 是因为注入偏压为 － 2. 5 kV 时黑硅中孔的密度明显 降低． 图 5 是注入偏压为 2 kV 时 QSF6 /QO2值不同制备 黑硅的吸收光谱． 可以看出: 当 QSF6 /QO2 值为 2. 80 时黑硅在可见光和近红外波段的吸收性能最好，高 于或低于此值时吸收性能都降低; 当 QSF6 /QO2 值为 8. 50 时，吸收性能和抛光硅的接近． 这是因为黑硅 的吸收性能与其结构密切相关，当 QSF6 /QO2 值 为 2. 80 时黑硅表面的孔密度最大，所以其吸收性能 最好． 2. 3 黑硅少数载流子寿命 图 6 给出了黑硅片的 μ--PCD 图及其少数载流 子寿命的分布图． 从图上可以看到，整个硅片的少 ·620·