[發(fā)明專(zhuān)利]一種小尺寸密度可控硅納米點(diǎn)陣列的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210018656.7
• 申請(qǐng)日: 2012-01-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102569033A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃凱;李陽(yáng)娟;李成;賴(lài)虹凱
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廈門(mén)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/02
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/02
• 代理公司: 廈門(mén)南強(qiáng)之路專(zhuān)利事務(wù)所 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硅納米點(diǎn)陣列的制備方法，尤其涉及一種用電化學(xué)刻蝕方法制備小尺寸密度可控硅納米點(diǎn)陣列的制備方法。

背景技術(shù)

在20世紀(jì)90年代初，Canham等^[1，2]采用電化學(xué)陽(yáng)極腐蝕方法制備的Si或SiGe納米結(jié)構(gòu)(主要由直徑小于5nm的納米結(jié)構(gòu)組成^[2])，在室溫下觀測(cè)到很強(qiáng)的可見(jiàn)光發(fā)射。這一發(fā)現(xiàn)引起人們對(duì)Si基納米結(jié)構(gòu)發(fā)光的極大關(guān)注。

近20年來(lái)，Si基納米結(jié)構(gòu)的制備方法研究取得了很大進(jìn)展。目前，常見(jiàn)的Si基納米結(jié)構(gòu)制備方法有以下幾種：

(1)激光灼蝕沉積(PLD)

激光燒蝕沉積是采用具有一定波長(zhǎng)和能量密度的聚焦脈沖激光束，輻照處于真空系統(tǒng)或一定環(huán)境氣氛中的單晶硅靶，產(chǎn)生的氣態(tài)狀硅晶粒子或硅原子基團(tuán)被直接沉積到襯底表面后，形成Si納米結(jié)構(gòu)。該方法由于沉積速率快，納米結(jié)構(gòu)純度高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于Si基納米發(fā)光材料的研究^[3-4]。但是，由于制備過(guò)程中所用激光束的能量密度高，使沉積過(guò)程中的氣態(tài)產(chǎn)物中存在一些硅原子數(shù)較多的大原子基團(tuán)，從而在襯底表面形成較大的納米結(jié)構(gòu)，隨機(jī)性較大，造成納米結(jié)構(gòu)的尺寸和空間分布不均勻，比較難獲得大面積均勻分布的納米結(jié)構(gòu)材料。因此，在減少激光燒蝕沉積中產(chǎn)生的大顆粒和控制納米結(jié)構(gòu)的尺度及空間分布等方面仍需要進(jìn)一步研究^[4]。

(2)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)

PECVD是人們?cè)缫咽煜げV泛應(yīng)用于各種膜層沉積的技術(shù)，它通過(guò)等離子體技術(shù)分解含有Si成分的氣態(tài)源(如SiH4，Si2H6)后沉積到襯底表面，從而形成Si納米結(jié)構(gòu)材料。這種方法具有制備技術(shù)簡(jiǎn)單、重復(fù)性好，且與微電子工藝兼容好等諸多優(yōu)點(diǎn)。目前，采用PECVD制備Si納米結(jié)構(gòu)的源氣態(tài)源比較多，其中高氫稀釋的SiH4比較常用的一種。當(dāng)?shù)蜌湎♂寱r(shí)，只能生長(zhǎng)非晶硅薄膜。而在高氫稀釋?zhuān)蔷П∧つ苡煞蔷B(tài)轉(zhuǎn)化為具有晶相結(jié)構(gòu)的納米晶硅薄膜^[5]。國(guó)內(nèi)研究人員^[6]用H2稀釋的Si2H6或SiH4等作為源氣體，利用PECVD方法在Si或是玻璃襯底上沉積Si納米結(jié)構(gòu)材料，并通過(guò)控制后期退火條件，可以獲得尺寸達(dá)到～3nm的Si納米結(jié)構(gòu)，并且分布比較有序。

(3)自組織生長(zhǎng)方法(Self-organized?Growth)

自組織生長(zhǎng)方法是利用具有較大晶格失配且界面能較小的異質(zhì)材料，依靠自身的應(yīng)變能，在襯底表面以SK模式生長(zhǎng)出具有一定結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小和密度分布的納米結(jié)構(gòu)。目前，這種方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用各種材料制備技術(shù)中，包括分子束外延(MBE)^[7]、超高真空氣相沉積(UHVCVD)^[8]、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)^[9]和金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)等技術(shù)。比如，Nakagwa和Yasuda等^[10，11]通過(guò)LPCVD技術(shù)，采用SiH4或Si₂H₆為源氣體，在SiO2表面自組織生長(zhǎng)了高密度的半球形Si納米顆粒。通過(guò)UHVCVD技術(shù)，Zhou等^[12]在Si(100)襯底獲得密度較高且有序分布的SiGe量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。目前，采用此法制備的Si基納米結(jié)構(gòu)還存在分布隨機(jī)性大、密度提高難等不利因素。

(4)電化學(xué)陽(yáng)極腐蝕方法(Electrochemical?Anodization)

電化學(xué)陽(yáng)極腐蝕法一般采用HF酸溶液以Si襯底作為陽(yáng)極進(jìn)行恒流腐蝕來(lái)獲得呈多孔狀的Si納米結(jié)構(gòu)。其腐蝕機(jī)理早在上個(gè)世紀(jì)80年代初就提出了^[13]。

然而，直到1990年，Canham[1]才首次發(fā)現(xiàn)采用這種方法制備的呈多孔狀的材料具有優(yōu)良的發(fā)光性能，從而激起研究Si基材料發(fā)光新一輪熱潮。后來(lái)研究發(fā)現(xiàn)這種多孔材料主要是由直徑小于100nm且最小直徑可達(dá)2nm的Si納米線(xiàn)或是納米顆粒構(gòu)成^[2]。電化學(xué)腐蝕腐蝕方法具有制備簡(jiǎn)便快捷，容易獲得大面積納米結(jié)構(gòu)薄膜和材料發(fā)光強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。已被廣泛用制備各種Si基納米結(jié)構(gòu)發(fā)光材料。但是，其制備的材料也存在結(jié)構(gòu)脆性、尺寸分布不均、發(fā)光性能不夠穩(wěn)定等缺點(diǎn)。

(5)離子注入法(Ion?Implantation)