硅是半导体行业最重要的材料,通过金属辅助化学刻蚀方法制备硅的微纳米结构以其工艺简单、成本低廉、生长参数易于控制等优点得到广泛的应用。然而,随着微电子工艺要求的提高,传统的金属辅助化学刻蚀在短时间内难以实现微米级刻蚀,制造具有垂直侧壁、平整底部的复杂2维和3维结构也较为困难。因此,本课题通过尝试在金属辅助化学刻蚀中施加电场,探究外加电场对于刻蚀反应的影响,同时以此实现快速刻蚀并得到形貌良好的刻蚀结构。本课题首先使用胶体金作为催化金属,在电解槽中将硅与电源正极相连、石墨电极与电源负极相连施加外加电场,在电场的作用下对P型(100)硅片进行刻蚀。通过实验发现,电场能够有效加快刻蚀反应的发生,使用65 V的电压刻蚀17分钟即可得到63.5μm深的沟槽,并且沟槽的底部十分光滑平整。然而,电场会在刻蚀结构的侧壁发生弯曲,胶体金的运动方向受到电场的控制从而导致发生各向同性刻蚀,使刻蚀结构的侧壁成圆弧形,因此得到具有垂直侧壁的结构较为困难。之后本课题使用金膜作为催化金属,进一步探究电场强度、电场方向对于刻蚀反应的影响。通过实验发现,当施加5 V电压时,刻蚀速率为0.53μm/min,当施加20 V电压时,刻蚀速率达到1.21μm/min,再次证实外加电场能够有效提升刻蚀反应的速率,并且反应速率随着电场强度的增大而显著加快;电场方向对刻蚀形貌有较大影响,当硅接电源负极时能够得到形貌良好的刻蚀结构;同时也通过实验验证,硅片电阻率是决定能否形成沟槽的因素之一,较高的硅片电阻率有助于刻蚀得到沟槽。本课题使用该方法在30分钟内施加20 V电压刻蚀得到了深度达36.3μm且形貌良好的刻蚀结构。