低溫光電化學直接在矽基板上合成奈米晶之研究

本研究團隊自2009 年起進行多孔矽電化學蝕刻研究時，在2014 年意外發現在P 型矽晶圓上施以He–Ne 雷射 (波長：633nm) 照射，雷射光照區域有蝕刻抑制現象，而使多孔矽的蝕刻速率大幅降低(1/1000)，形成多孔矽。不但如此，於光致發光（photoluminescence, PL）測試項目，也發現PL 異常增大。2016 年本研究團隊發現紅外光雷射以自由載體效應來抑制蝕刻。本研究計劃擬更進一步選用紅外波長1310-1650 nm 雷射照射，且降低溫度至冰點0°C，探討以自由載體效應及低溫效應雙重抑制蝕刻方式形成次奈米晶（~ 0.5 nm）的可行性。不但產生面積細窄的奈米晶（自由載體效應驅動），也在深度上更近一步達到奈米級，預期有突破性的發現，例如在光致發光實測中能以UV 激發出藍光，做為研發矽基藍光雷射元件的基礎。本研究不但作參數分析其活化能，推導出蝕刻速率與光鈍化活化能之間的關係式，更佐以研究相關文獻，期待藉由抑制機制提出多孔矽均勻分佈態形成之模型，解釋電化學蝕刻如何使矽晶表面形成均分型態之深井狀結構（迄今尚未有人提出公認被接受的解釋）。在研究中，除取得降低溫度參數對於蝕刻的抑制作用的實驗結果，製作奈米等級厚度(<100 nm) 多孔矽層形成的輪廓與尺度參數，如此除了有學理上的研究之外，還有實際的工業應用：透過雷射功率、蝕刻速率的控制發展可取代在微機電技術部份元件製作中，顯影製程的塗佈光阻與移除光阻的步驟。這技術縮短製程時間與降低成本，實現 3D 驅動元件的製作，對機電製作技術產生一些革命性的突破。