[發(fā)明專利]一種基于異質疊層非晶薄膜的平面鍺硅及相關納米線生長方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810019535.1
• 申請日: 2018-01-09
• 公開（公告）號: CN108231542A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)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: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種利用疊層非晶前驅體層制備異質或合金半導體納米線的方法，其特征在于，步驟如下，1）在單晶硅、玻璃、SOI、藍寶石、石英或柔性金屬薄膜和聚合物襯底上，蒸鍍設有圖案In、Sn、Ga金屬或合金膜，金屬或合金膜厚度在5-500納米，根據(jù)需要進行或不進行光刻加工引導溝道；２）將上述襯底放置PECVD系統(tǒng)，在溫度150℃-500℃，尤其是150-250℃的腔室溫度中使用2W-20W的氫氣等離子體處理樣品，使得金屬層轉變?yōu)橹睆椒秶?0~2000納米直徑的催化液滴；催化液滴的直徑通過金屬層的厚度以及氫氣處理的時間以及功率來調控；4）沉積前驅體介質層，在PECVD系統(tǒng)中，首先沉積一層5－500納米厚第一種半導體材料，起碼再沉積一層5－500納米厚第二種半導體材料，形成異質疊層非晶層供給層用做前驅體介質層， PECVD系統(tǒng)溫度<200℃；5）在真空中或者還原性、惰性氣氛中退火，溫度在150℃-650℃，催化金屬顆粒激活后開始吸收異質疊層非晶層材料，并析出第一種的半導體材料與第二種半導體材料富集島的納米線。

2.根據(jù)權利要求1所述的納米線的制備方法，其特征在于，第一種半導體材料為5－500納米非晶鍺層，再沉積第二種半導體材料為5－500納米非晶硅層；在真空中或者還原性、惰性氣氛中退火溫度在250-600℃，催化金屬顆粒激活后開始吸收非晶鍺、硅多層結構，并析出鍺富集島狀平面硅鍺納米線或稱硅鍺異質結納米線。

3.根據(jù)權利要求2所述的納米線的制備方法，其特征在于，步驟2）沉積疊多層非晶鍺層、非晶硅層；多層交替或夾層等復合非晶層結構用作前驅體；第一或二種半導體材料組分富集區(qū)既是半導體材料，或是硼、磷等摻雜的半導體材料。

4.根據(jù)權利要求2所述的納米線的制備方法，其特征在于，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(fā)生周期性的躍升，鍺的含量與鍺富集島狀的尺度通過鍺層厚度以及催化液滴的直徑來實現(xiàn)調控。

5.根據(jù)權利要求2所述的納米線的制備方法，其特征在于，催化液滴的直徑?jīng)Q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，通過改變催化金屬層的厚度以及調控氫氣處理的溫度、功率以及壓強、等離子體參數(shù)控制催化液滴的大小，以實現(xiàn)異質相分離納米線的直徑調控；催化層越厚、plasma處理功率越高、溫度越高，所獲得的金屬顆粒越大。

6.根據(jù)權利要求2所述的納米線的制備方法，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通過鍺層的厚度以及在鍺硅層中所占的比例來實現(xiàn)調控。

7.根據(jù)權利要求1或2所述的納米線的制備方法，其特征在于，當非晶鍺層處于底部（即a-Si/a-Ge結構）時，硅鍺納米線中較寬的島區(qū)為鍺高濃度區(qū)域，而較細的納米線連接為硅高濃度區(qū)域;或通過相反的疊加次序實現(xiàn)直徑較為均勻的硅鍺合金納米線結構，或者其中包括微區(qū)間隔的“硅-鍺”交替區(qū)域結構。

8.根據(jù)權利要求1-7之一所述的納米線的制備方法，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(xiàn)了對載流子的材料成份與形貌的雙調制，用于紅外光電探測、單電子器件以及熱電器件。

9.根據(jù)權利要求1-7之一所述的納米線的制備方法，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(qū)的直徑，相對于連接富硅溝道直徑，實現(xiàn)1-50倍的調節(jié)。

10.根據(jù)權利要求1-7之一所述的納米線的制備方法，其特征在于，定向生長鍺富集島狀平面硅鍺納米線即實現(xiàn)陣列化，用于柔性的曲線引導的柔性器件。