电化学腐蚀反应及其在硅晶体中的应用

硅晶体在进行化学腐蚀时，选用各种酸性或碱性电解质腐蚀液，在材料表面形成许多微电池，这样硅晶体材料由于微电池作用而受腐蚀。同一种材料在不同的电解质溶液中的电池反应是不同的。

1.硅单晶在酸性溶液HNO₃、HF中的电化学反应

（1）负极反应

Si+2H₂O+2p→SiO₂+4H++2e

SiO₂+6HF→H₂SiF₆+2H₂O

硅原子得到两个空穴（p）并且与H₂O反应生成SiO₂，同时放出两个电子（e）。因为溶液中有HF存在，SiO₂立即与HF反应生成六氟硅酸。HF的作用就在于促进负极反应的进行，使负极反应物SiO₂溶解掉。不然生成的SiO₂就会阻碍硅与H₂O的电极反应。

（2）正极反应

HNO₃+3H+→NO↑+2H₂O+3p

HNO₃是一种氧化剂，易被H^+还原，并放出三个空穴，构成上述电极反应。上述正、负极反应的总和可以写为(www.xing528.com)

3Si+4HNO₃+18HF→3H₂SiF₆+4NO↑+8H₂O（8-2）

如果腐蚀液中缺少氧化剂，则在纯HF溶液中的腐蚀速率十分缓慢。腐蚀液中的HNO₃可以用其他氧化剂代替。例如，把铬酸（CrO₃）或铬酸加在HF中，也同样可成为一种正极，易被还原的材料。

2.硅单晶在碱性溶液中的电化学反应

（1）负极反应

硅原子与OH^-离子反应生成SiO²₃^-离子，同时放出电子。（2）正极反应

总反应Si+6OH^-+4H⁺=SiO²₃^-+3H₂O+2H₂↑ （8-3）

碱性溶液中H+离子含量极少，但又只能依靠这些极微量的H⁺离子的放电构成正极反应。碱性溶液中一方面缺少像HF这样的络合剂，使电极反应产物溶解；另一方面正极反应极为缓慢，所以硅单晶在KOH或NaOH溶液中的腐蚀速度，比在HNO₃和HF溶液中慢得多。若要增加硅单晶在碱性溶液中的腐蚀速率，可以加入某种中性或碱性氧化剂。例如，H₂O₂、NaClO可作为一种在正极易被还原的材料，加速正极反应，以保证继续形成微电池。