[發明專利]鍺納米點/硅納米線陣列結構薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 200910024599.1
• 申請日: 2009-02-23
• 公開（公告）號: CN101486439A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 葉敏華;施毅;濮林;徐子敬;張榮;鄭有炓
• 申請（專利權）人: 施毅
• 主分類號: B82B1/00
• 分類號: B82B1/00;B82B3/00
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司
• 代理人: 周新亞

技術領域

本發明涉及半導體低維結構薄膜產品及其制備方法。更具體而言，涉及一種鍺(Ge)納米點/硅(Si)納米線陣列鑲嵌結構的薄膜及其制備方法，屬于半導體器件領域。?

背景技術

半導體低維結構由于量子限制效應從而使其電學性質和光學性質發生很大的變化。而三維受限的納米點(Dots)結構由于對其中的載流子(如電子、空穴和激子)有強量子限制作用則更引人矚目。納米點結構材料在光電器件、單電子器件等方面具有極為廣闊的應用前景。通過控制納米點的形狀、尺寸和結構，可有效實現對其能隙寬度、激子束縛能大小等電子行態的調節。?

體材料的硅是間接帶隙的半導體，其光效率很低，所以利用硅(Si)基量子結構，尤其是納米點結構提高硅基材料的光性能無疑是今后光電子技術發展的重要方向。由于硅加工工藝非常成熟，因此硅基納米點器件具有集成化，大容量化的潛力；此外，納米點結構能增加自由激子的局域化程度和束縛能，克服動量守恒的限制，實現硅、鍺硅材料載流子從間接躍遷復合向直接躍遷復合轉變，有望解決硅基材料的發光問題。和硅基上的探測器、波導器件、電學器件等集成在一起，形成可以進行光和電信號的產生、傳輸、探測、放大、處理等功能的實用集成電路，真正實現硅基光電子集成(OEIC)。?

硅基納米點領域盡管已經取得了很大的發展，但依然面臨著很多的難題。尤其是在制備方面，很難有效的獲得大規模的多層的鍺納米點硅結構。目前，獲得大規模硅基納米點的方法主要是通過分子束外?延(MBE)或者化學氣相沉積(CVD)先外延生長單層鍺納米點硅結構，然后再在單層的基礎上外延生長多層結構。以上方法生長多層結構層數會受到生長時間的限制，層數較少，一般為數十層。并且，因長時間生長產生的多層結構會使得薄膜的質量變差，產生大量應力位錯，影響材料的電學性能。還由于生長是需要在高溫下進行，長時間生長還會使鍺和硅的互擴散非常嚴重，鍺/硅之間沒有良好界面。所以，明顯存在鍺納米點的層數少、光效率難以進一步提高等缺陷。?

發明內容

本發明的主要目的是為了克服上述現有的采用先外延生長單層鍺納米點硅再在單層的基礎上外延生長的多層鍺納米點硅薄膜存在鍺納米點層數少、光效率不高等不足之處，提供一種鍺納米點的直徑小，層數多，具有相同的晶體取向，軸向具有較高的電導，生長時間短，生產成本低的鍺納米點/硅納米線陣列結構薄膜。?

本發明的另一個目的是為鍺納米點/硅納米線陣列結構薄膜提供一種優選的制備方法。?

本發明的鍺納米點/硅納米線陣列結構薄膜，主要由硅納米線陣列和鍺納米點組成，所述鍺納米點分布在硅納米線陣列的硅納米線上。?

本發明的鍺納米點/硅納米線陣列結構薄膜的優選的制備方法，主要是先在單晶P型硅片或單晶N型硅片或多晶硅片上利用刻蝕的方法制備大面積的硅納米線陣列薄膜，再利用低壓化學氣相沉積設備在低壓條件下以硅納米線陣列為襯底，以鍺烷為氣源沉積生長鍺納米點。?

所述硅納米線陣列上沉積生長的鍺納米點豎直排列在硅納米線上，沉積生長時，鍺納米點上可以進行摻雜。其中一種沉積方法是利用低壓化學氣相沉積設備在低壓情況下沉積鍺納米點。?

所述低壓化學氣相沉積設備的反應室的壓強控制在2.4～10帕，沉積溫度為480～620℃，沉積生長時間選為30～600秒。?

所述刻蝕方法制備硅納米線陣列，其中一種方法是利用化學刻蝕的辦法，在單晶硅或多晶硅的基片上利用硝酸銀和氫氟酸的水溶液沉積銀納米顆粒，再使用氫氟酸和雙氧水的水溶液對基片進行刻蝕。?

本發明技術方案的優點是利用硅納米線陣列襯底與化學氣相沉積技術(CVD)相結合以實現對鍺納米點的有效控制。在硅納米線陣列上沉積的鍺點點徑為數十納米，鍺點間的相互間距約為數十納米，陣列的納米線長度約為數十微米，對應的鍺點層數可達到數百層，鍺納米點在硅納米線上實現豎直排列，生長的時間短，數百層結構只相當于現有的超晶格生長單層結構的時間，同時，硅納米線保持和襯底連接良好，具有相同的晶體取向，軸向具有較高的電導，是一種鍺納米點層數多、光效率高的大規模鍺納米點/硅納米線陣列結構薄膜產品，特別有利于進一步生產高效的光電子器件。其生產方法還具有生產設備成本低、生產效率高，產品成本可大幅度降低等優點，易于和現有的硅薄膜器件工藝結合，是生產鍺納米點/硅納米線陣列結構薄膜的一種優選方法。?

附圖說明

圖1為本發明的硅納米線陣列襯底的截面結構示意圖；圖中的1表示陣列中硅納米線，2是基片。?