[發明專利]p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910965910.6
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110854215A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 單丹;周壽斌;唐明軍;楊瑞洪;曹蘊清;錢松;仇實;陳雪圣
• 申請（專利權）人: 江蘇華富儲能新技術股份有限公司;揚州工業職業技術學院
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/028;H01L31/0352;H01L31/0745;H01L31/18
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙) 32273
• 代理人: 張艷

1.p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜，其特征在于：包括 6層硅量子點薄膜（4-1）和7層碳化硅薄膜（4-2），每兩層硅量子點薄膜（4-1）厚度一致，有三種厚度規格，相同厚度規格的硅量子點薄膜（4-1）相鄰，從一側到其相對側，每兩層硅量子點薄膜（4-1）的厚度依次變小，相鄰的碳化硅薄膜（4-2）之間墊有一層硅量子點薄膜（4-1），形成夾層結構。

2.根據權利要求1所述的p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜，其特征在于：所述硅量子點薄膜（4-1）的厚度依次為8 nm、4 nm和2 nm，所述碳化硅薄膜（4-2）的厚度為2 nm。

3.p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

（1）選取n型硅襯底（2），通入流量為20 sccm的氫氣，在射頻功率為20 W的條件下進行預處理5分鐘；

（2）將反應腔抽至真空，通入甲烷（CH₄）和硅烷（SiH₄）的混合氣體作為反應氣體，固定反應氣體流量比R=[CH4]/[SiH4] = 50 sccm : 5 sccm，制備非晶碳化硅薄膜，直到沉積薄膜的厚度為2 nm，即2 nm厚的碳化硅薄膜；

（3）將反應腔抽至真空，通入硅烷（SiH₄）和硼烷（B₂H₆）混合氣體作為反應氣體，固定反應氣體流量比R=[B₂H₆]：[SiH₄] = 3 sccm : 5 sccm，沉積硼摻雜非晶硅薄膜，沉積時間為80 s，在2 nm厚的碳化硅薄膜上沉積薄膜厚度為8 nm，即8 nm厚的硅量子點薄膜；

（4）重復步驟（2）和（3），沉積得到交替的2 nm厚的碳化硅薄膜、8 nm厚的硅量子點薄膜、2 nm厚的碳化硅薄膜和8 nm厚的硅量子點薄膜；

（5）重復步驟（2），在步驟（4）得到的薄膜上沉積一層2 nm厚的碳化硅薄膜；

（6）將步驟（3）沉積時間變為40 s，在步驟（5）得到薄膜上沉積厚度為4 nm的硼摻雜非晶硅薄膜，即4 nm厚的硅量子點薄膜；

（7）重復步驟（5）和（6），在步驟（6）制得的薄膜上沉積2 nm厚的碳化硅薄膜和4 nm厚的硅量子點薄膜；

（8）重復步驟（2），在步驟（7）得到的薄膜上沉積一層2 nm厚的碳化硅薄膜；

（9）將步驟（3）沉積時間變為 20 s，在步驟（8）得到的薄膜上沉積厚度為2 nm的硼摻雜非晶硅薄膜，即2 nm厚的硅量子點薄膜；

（10）重復步驟（8）和（9），在步驟（9）得到的薄膜上再次沉積2 nm厚的碳化硅薄膜和2nm厚的硅量子點薄膜；

（11）重復步驟（2），在步驟（10）得到的薄膜上沉積一層2 nm厚的碳化硅薄膜，最終沉積了硼摻雜非晶硅子層厚度自下而上分別為8 nm、4 nm和2 nm的硼摻雜非晶硅/非晶碳化硅漸變結構多層膜。

4.根據權利要求1所述的p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜的制備方法，其特征在于：在進行步驟（2）—（11）過程中， n型硅襯底（2） 溫度維持在250 °C，射頻功率為30 W。

5.根據權利要求1所述的p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜的制備方法，其特征在于：完成步驟（11）后，制備的硼摻雜非晶硅/非晶碳化硅漸變結構多層膜樣品進行恒溫脫氫處理，使多層薄膜中所含有的大量氫平穩脫出薄膜，恒溫脫氫處理溫度為450 °C，時間為1小時，

接下來，對經過脫氫處理的樣品進行高溫退火處理，由于限制性晶化原理，硼摻雜非晶硅子層中結晶成核，在縱向上受到兩側碳化硅層的限制，形成尺寸可控的硅量子點，退火溫度為1000 °C，時間為 1 小時，

為保證p型疊層漸變帶隙硅量子點多層膜（4）在高溫處理過程中不被氧化，脫氫和退火過程均在高純氮氣氛圍下進行。