Novel formation regimes and mechanisms for macropores and porous anodic oxides in silicon

Frey, Stefan

In der vorliegenden Arbeit wurde die elektrochemische Porenbildung in Silizium und Siliziumoxid untersucht. Im ersten Teil der Arbeit ging es um die Untersuchung von Makro und Mesoporen in n-Typ Silizium, die sich in fluoridhaltigen Elektrolyten bei Anlegen einer anodischen Spannung bilden. Es wurde ein neuer Makroporenporenwachstumsmodus gefunden, der es erlaubt, Makroporen mit einem Vielfachen der bisherigen Geschwindigkeit herzustellen. Hierbei unterscheidet sich die Porenqualität und -geometrie nicht wesentlich von den guten Ergebnissen bei den deutlich langsameren, konventionellen Ätzverfahren. Um diese Poren zu erhalten muss ein schwach oxidierender Elektrolyt mit hohen Flusssäurekonzentrationen kombiniert werden. Das Parameterfeld für diese Porensorte wurde eingehend untersucht und ein Erklärungsmodell für dieses Wachstumsverhaltens erstellt. In weiteren Teilen wurde die Parameterabhängigkeit der Geometrie von Mesoporen untersucht. Im zweiten Abschnitt der Arbeit werden poröse Siliziumoxide untersucht, die sich bei hohen anodischen Spannungen bilden. Andere elektrochemisch hergestellte poröse Oxidsysteme, z.B. Aluminiumoxid, haben eine große Anwendungsbandbreite, während elektrochemisch hergestellte poröse Oxidmodifikationen in Silizium nur wenig untersucht sind. Für die Versuche dieser Arbeit wurden schwach basisch gepufferte, fluorhaltige Elektrolyte verwendet mit niedriger Oxidauflösungsrate. Die Kennlinie in der zyklischen Voltammetrie weist für diese Elektrolyten eine ungewöhnlich starke Hysterese zwischen Vor- und Rücklauf auf, die mit elektrischer Impedanzspektroskopie untersucht wurde. Bei längeren potentiostatischen Versuchen zwischen 10 und 16 V wächst ein dünner poröser SiO2-Film auf der Siliziumoberfläche. Bei höheren Spannungen bilden sich regelmäßige Oberflächenkorrugationen, die mit einem dünnen porösen SiO2-Film bedeckt sind. Diese beiden unterschiedlichen Morphologien wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop untersucht. Sowohl zu den unterschiedlichen Morphologien als auch zur starken Hysterese der Kennlinie wurde in der vorliegenden Arbeit ein Erklärungsmodell erarbeitet.

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Frey, Stefan: Novel formation regimes and mechanisms for macropores and porous anodic oxides in silicon. 2005.

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