[發明專利]一種離子束精確摻雜單根納米帶的方法

有效

• 申請號: 201310022838.6
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN103107071A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 肖湘衡;李文慶;戴志高;任峰;蔣昌忠
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01L21/265
• 分類號: H01L21/265
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 汪俊鋒

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技術領域

本發明屬于納米材料領域，涉及一種摻雜單根納米帶的方法。

背景技術

硫化鎘是一種電學的I－Ⅵ族化合物半導體材料，室溫下它的帶隙約為2.42?eV，由于可見光范圍內光電特性優異，這使得硫化鎘在太陽能電池、激光器、光電導和光敏器件等領域有著重要的應用。由于量子限制效應和大的表面及體積比，硫化鎘納米帶作為準一維的納米材料，有著比塊體材料更加優良的電學、光學性能。硫化鎘納米帶在未來制作納米級的電學、光學器件有很好的應用前景。

為了提高硫化鎘納米帶的性能，包括改善導電性以及調控其能帶結構等，通常對其進行摻雜，把其他元素摻入到材料中使其部分替代原有的原子，以達到改性的目的。常用的摻雜方法是在生長過程中加入其他元素的前驅體物質，生長方法包括化學氣相沉積、水熱法和電化學沉積等。常規的摻雜方法有其局限，包括一些元素由于在材料中的固溶度較低無法有效摻入、會引入其他雜質元素和摻雜濃度不精確等缺陷。特別是進行p型摻雜非常困難，然而在制作電子器件中這些材料的p型摻雜又是極其重要的。另外這些方法都是從宏觀上針對整個材料進行摻雜，如何精確的對單根的納米帶實現摻雜是目前迫切需要解決的一個問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明所需要解決的技術問題是提供一種摻雜單根納米帶的方法。該方法可以精確定位所需摻雜的納米帶。

本發明的基本思路是：用真空蒸鍍技術在二氧化硅上鍍上金納米層作為催化劑，然后使用熱蒸發方法在二氧化硅上生長硫化鎘納米帶，再將硫化鎘納米帶轉移到使用光刻技術標記過的硅片上，具體的標記方法即是先通過光刻在硅片上做出需要的圖案，再通過真空蒸鍍系統蒸上15　nm的Cr和40　nm的金，最后用丙酮洗掉多余的光刻膠，剩下的就是鎘金的標記。將雜質離子注入到硫化鎘納米帶后再經過熱退火處理，恢復晶格。

具體包括如下步驟：

（1）用真空蒸鍍技術在二氧化硅上鍍上金納米層作為催化劑，然后使用熱蒸發方法在二氧化硅上生長硫化鎘納米帶；

（2）使用光刻技術在硅片上做出標記，通過機械轉移的方法把硫化鎘納米帶轉移到標記過的硅片上；

（3）通過掃描電子顯微鏡或光學顯微鏡選取需要摻雜的單根納米帶，并通過標記對選取的單根納米帶進行定位；

（4）將硫化鎘納米帶連同硅片放在離子注入機中，進行雜質離子注入；

（5）在300~400?℃下，惰性氣氛中進行退火處理20~60分鐘，通過標記找到之前定位的單根納米帶。

更具體地，本發明中，使用熱蒸發方法在二氧化硅上生長硫化鎘納米帶的溫度為850?℃，保溫時間為30分鐘，通入的氣體為氬氣，氣流量為200?sccm，硫化鎘粉末和二氧化硅基底的距離為12?cm。

本發明中的機械轉移方法即是把長有硫化鎘納米帶的樣品壓在標記過的硅片上輕敲數下。

本發明中雜質離子的注入能量為30?keV，劑量為5???????????????????????????????????????????????10¹⁵~110¹⁶ions/cm²。

本發明中注入后退火升溫的速率為16?℃/min，所述惰性氣氛為氬氣。

本發明利用離子束對單根硫化鎘納米帶進行摻雜具有如下特點，主要表現在：（1）可以精確選取所需摻雜的硫化鎘納米帶；（2）可以精確控制摻雜的濃度和區域；（3）摻雜時不會引入其他雜質元素。

附圖說明

圖1實例1注入后的硫化鎘納米帶的SEM圖片，紅框內為選定的單根硫化鎘納米帶，右上角插入圖片為單根硫化鎘納米帶的高倍率圖。

圖2實例1注入前后以及退火后的硫化鎘納米下的光致發光光譜圖片。

圖3實例2注入后的硫化鎘納米帶的SEM圖片，紅框內為選定的單根硫化鎘納米帶，右上角插入圖片為單根硫化鎘納米帶的高倍率圖。

圖4實例2注入前后以及退火后的硫化鎘納米下的光致發光光譜圖片。

具體實施方式：

下面結合實施實例對本發明作進一步的說明。

實施例1