[發明專利]一種基于異質疊層非晶薄膜供給的平面鍺硅及相關納米線生長形貌和組分調控的方法

有效

• 申請號: 201710653561.5
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107640741B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 余林蔚;趙耀龍;王軍轉
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 陳建和<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種利用疊層非晶前驅體層制備異質半導體納米線的方法，在硅鍺體系中，通過非晶硅a-Si/非晶鍺a-Ge疊層薄膜作為前驅體，制備出自發相分離的硅鍺島鏈納米線結構，其特征在于：采用非晶硅a-Si/非晶鍺a-Ge疊層薄膜作為前驅體層，通過金屬液滴的吸收和平面納米線生長過程，實現自發相分離的平面硅鍺納米線，其形貌通過疊層薄膜的厚度以及疊加次序加以控制，調控為硅鍺島鏈結構；其中，當非晶鍺層處于底部即a-Si/a-Ge結構時，硅鍺納米線中寬的島區為鍺高濃度區域，而細的納米線連接為硅高濃度區域；步驟如下，1）在平整的襯底上，利用光刻圖案生成技術，蒸鍍In、Sn或In、Sn合金金屬膜，金屬膜厚度在20nm_~200nm；2）將上述樣品置于PECVD系統內，在溫度200℃-500℃，氫氣等離子體處理樣品2-10分鐘后，金屬膜會形成呈現出正態分布的催化金屬顆粒；金屬顆粒徑為30-400nm；3）PECVD系統中，首先沉積第一層半導體材料4-5納米的非晶鍺，再次沉積第二種半導體材料非晶硅，形成異質疊層前驅體；4）在真空中或者氫氣、氮氣氛圍下退火、溫度在250-600℃，催化金屬顆粒會被激活，自發吸收非晶鍺與非晶硅，并自適應析出鍺富集島狀平面硅鍺異質結納米線，同時直徑、組分發生周期性的躍升，鍺的含量與結的尺度通過鍺層厚度以及催化液滴的直徑來實現調控。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟1）中銦、錫、鎵、鋁、鉛、銅、錳、銀、鐵、鉑、鎳、金、鋅及其金屬合金用于誘導生長平面半導體納米線。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：催化液滴的直徑決定了鍺富集島狀平面硅鍺異質結納米線中鍺結的最大直徑，通過改變金屬層的厚度以及調控氫氣處理的溫度、功率以及壓強控制催化液滴的大小，以實現異質相分離納米線的直徑調控。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：硅鍺異質結納米線中鍺的含量以及鍺島的大小能通過鍺層的厚度以及在鍺硅層中所占的比例來實現調控。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：定向生長鍺富集島狀平面硅鍺納米線實現高度的陣列化，實現用于柔性的曲線引導，用于柔性器件。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：定向生長鍺富集島狀平面硅鍺納米線的鍺島狀富集區的直徑，相對于連接富硅溝道直徑，實現1-50倍的調節。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：定向生長鍺富集島狀平面硅鍺異質結納米線實現對載流子的材料與形貌的雙調制，用于紅外光電探測、單電子器件以及熱電器件應用。