[發(fā)明專利]一種超低能離子注入方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010214723.7
• 申請(qǐng)日: 2020-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN113451513A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 狄重安;項(xiàng)蘭義;金文龍;申弘光;朱道本
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): H01L51/00
• 分類號(hào): H01L51/00
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 聶稻波;謝怡婷

本發(fā)明提供了一種超低能離子注入方法，所述方法包括如下步驟：S1：在基底上依次形成導(dǎo)電下電極、半導(dǎo)體層、電解質(zhì)絕緣層和導(dǎo)電上電極；S2：在所述導(dǎo)電上電極和所述導(dǎo)電下電極之間施加電壓，所述電解質(zhì)絕緣層中的離子在電場(chǎng)力的作用下加速并獲得能量，由于離子注入時(shí)的能量和劑量可以通過電壓控制，從而賦予了該方法具有高度可控特點(diǎn)。由于離子注入是非平衡熱力學(xué)過程，不受熱力學(xué)限制，因此，所注入離子的種類和濃度不受半導(dǎo)體材料固溶度的限制。所述方法還具有注入的離子單一、純凈和可選擇的注入多種離子的優(yōu)點(diǎn)。所述方法結(jié)合非易失性離子注入方法，即將半導(dǎo)體和電解質(zhì)絕緣層分離，從而阻止離子回流，從而賦予該方法具有非易失性特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體摻雜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超低能離子注入方法和一種非易失性超低能離子注入方法。

背景技術(shù)

摻雜是調(diào)控有機(jī)半導(dǎo)體光電特性的關(guān)鍵技術(shù)，在開發(fā)高性能有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、有機(jī)太陽能電池和有機(jī)熱電等方面有著十分重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。理想的摻雜技術(shù)需要a)精細(xì)可控性(例如摻雜劑量、厚度以及區(qū)域選擇性的控制)、b)穩(wěn)定性和c)同時(shí)不影響半導(dǎo)體的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。

目前，有機(jī)半導(dǎo)體的摻雜技術(shù)主要有化學(xué)摻雜、電化學(xué)摻雜、光摻雜和電場(chǎng)誘導(dǎo)摻雜。然而，這些有機(jī)半導(dǎo)體摻雜手段難以同時(shí)兼顧以上理想摻雜中的3個(gè)要素。這極大限制了有機(jī)半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)高性能產(chǎn)業(yè)化電子器件的快速發(fā)展。

離子注入是指離子在強(qiáng)電場(chǎng)下加速獲得一定的能量后，直接注入半導(dǎo)體中的摻雜過程。由于它注入的離子純度高、種類不受材料固溶度限制、容易注入多種離子、大面積摻雜、穩(wěn)定性和高度可控性等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為無機(jī)半導(dǎo)體領(lǐng)域最為成熟，也是產(chǎn)業(yè)化最為成功的摻雜技術(shù)。

目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于材料表面改性處理、高性能半導(dǎo)體器件開發(fā)、高溫超導(dǎo)和大規(guī)模集成電路制備等領(lǐng)域。然而，由于離子注入的能量通常較高(100eV-10MeV)，遠(yuǎn)大于有機(jī)半導(dǎo)體的堆積能量(1eV)，所以，基于傳統(tǒng)方法的離子注入在應(yīng)用于有機(jī)半導(dǎo)體時(shí)，往往會(huì)嚴(yán)重破半導(dǎo)體的堆積結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

目前有機(jī)半導(dǎo)體的摻雜方式往往不能兼顧可控性、穩(wěn)定性和不影響半導(dǎo)體的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)這三方面的摻雜要求。離子注入由于它具有高度可控性等諸多優(yōu)點(diǎn)，是無機(jī)半導(dǎo)體摻雜領(lǐng)域最為成熟，也是商業(yè)化最成功的技術(shù)。但是，很遺憾的是，由于該過程離子能量通常較高(100eV-10MeV)；所以傳統(tǒng)的離子注入技術(shù)在用于有機(jī)半導(dǎo)體摻雜時(shí)，會(huì)對(duì)形貌和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的破化。因此，如果可以發(fā)展超低能離子注入技術(shù)，則有可能將該技術(shù)推廣于有機(jī)半導(dǎo)體或其他易于被高能量離子破壞的體系。

為了改善現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種超低能離子注入方法，所述方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體低損傷、可控、穩(wěn)定和有效的摻雜，能夠適應(yīng)任何有機(jī)半導(dǎo)體或其他易于被高能量離子破壞體系的摻雜調(diào)控。所述方法還包括將所述電解質(zhì)絕緣層和半導(dǎo)體層分離的步驟，所述分離的步驟可以有效阻止離子的回流，從而賦予所述離子注入具有非易失性特性。同時(shí)，所述方法還具有普適性，可以靈活選擇不同的離子(陰離子或陽離子)，對(duì)不同的有機(jī)半導(dǎo)體進(jìn)行離子注入摻雜。

本發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種超低能離子注入方法，所述方法包括如下步驟：

S1：在基底上依次形成導(dǎo)電下電極、半導(dǎo)體層、電解質(zhì)絕緣層和導(dǎo)電上電極；

S2：在所述導(dǎo)電上電極和所述導(dǎo)電下電極之間施加電壓，所述電解質(zhì)絕緣層中的離子在電場(chǎng)力的作用下加速并獲得能量，實(shí)現(xiàn)離子對(duì)所述半導(dǎo)體層的離子注入。

根據(jù)本發(fā)明，所述方法還包括如下步驟：

S3：在離子注入完成后，將所述電解質(zhì)絕緣層和所述半導(dǎo)體層分離，阻止離子的回流。

本發(fā)明中，步驟S3的設(shè)置使得所述離子注入具有非易失性的特性。