【摘 要】
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由于单晶硅材料自身的性能限制,使得硅在可见光-近红外波段的光反射率很高,限制了硅基材料的应用范围、灵敏度及转换效率等关键性能。而黑硅是一种新型半导体材料,由于其孔状或尖锥的表面微观结构,表面粗糙度较大,使其在可见光-近红外波段的光吸收率大大提高,大幅度提高了材料的光电转换效率,对于光探测器、光二极管、太阳能电池、场发射器等其他光电器件有较为广阔的应用前景。现阶段,黑硅的制备方法有很多,但金属辅助化
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由于单晶硅材料自身的性能限制,使得硅在可见光-近红外波段的光反射率很高,限制了硅基材料的应用范围、灵敏度及转换效率等关键性能。而黑硅是一种新型半导体材料,由于其孔状或尖锥的表面微观结构,表面粗糙度较大,使其在可见光-近红外波段的光吸收率大大提高,大幅度提高了材料的光电转换效率,对于光探测器、光二极管、太阳能电池、场发射器等其他光电器件有较为广阔的应用前景。现阶段,黑硅的制备方法有很多,但金属辅助化学刻蚀制备黑硅因操作简便,成本低廉,可大批量操作等优点,为黑硅的商业化提供了可能。本文主要研究了金属辅助化学刻蚀制备黑硅中沉积溶液的硝酸银溶液浓度、刻蚀时间和刻蚀温度对黑硅样品的形貌及光吸收率的影响,并在所制备的黑硅样品表面制备叉指电极,研究样品的光暗电流、量子效率及灵敏度等光电性能。通过本文研究表明,金属辅助化学刻蚀制备黑硅过程中,当硝酸银溶液的浓度由0.01 mol/L增加到0.03 mol/L时,由于沉积时溶液中银粒子浓度的增加,银粒子发生聚集现象,所刻蚀的孔洞结构由单一结构变为聚集结构,平均深度由4μm增加到6μm,在200-1000 nm波长范围内的平均光吸收率由50%增加到65%;当刻蚀时间由30 min增加到45 min时,所刻蚀的孔洞尺寸结构都在100 nm左右,平均深度由4μm增加到9μm,在200-1000 nm波长范围内平均光吸收率由50%增加到90%;当刻蚀温度由室温增加到70℃时,所刻蚀的孔洞结构均在100 nm左右,平均深度由3μm增加到了8μm。当样品的平均光吸收率由25%增加到85时,样品的灵敏度由0.0037 A/W增加到0.00847 A/W,量子效率由0.782%增加到了1.9%。200-1000 nm波长范围内平均光吸收率为85%的样品,在施加1 V到5 V的反向偏压时,样品的暗电流增加7.9μA时不再随偏压的增加而增加,灵敏度增加到0.0824 A/W时不再随偏压的增加而发生明显变化,量子效率则增加到18.56%时不随偏压的增加而增加。
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