[發明專利]一種基于激光干涉技術制備單晶硅薄膜的方法

有效

• 申請號: 202310507102.1
• 申請日: 2023-05-08
• 公開（公告）號: CN116219544B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 王靜;黃志杰
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B23/02;C30B30/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 錢超

本申請公開了一種基于激光干涉技術制備單晶硅薄膜的方法，屬于膜材料制備的領域，通過激光照射在襯底表面誘導生成透射率高、膜薄、表面粗糙度小、硅膜在200~860nm的光波段的透射率達到89.502%，在860~1200nm的光波段的透射率達到97.655%，平均透射率達到92.26%，生成了衍射峰為Si（400）晶面的晶化率高，特征峰為522cmsupgt;?1/supgt;的單晶硅膜。本申請具有工藝簡單、成本低、效率高、安全無污染、薄膜均勻性高等特點。通過本發明制備的薄膜具有耐高溫、耐腐蝕、平整度高、透射率高的特點可廣泛用于生物醫療，航天航空，傳感電路等領域。

技術領域

本發明涉及納米材料薄膜制備技術領域，具體涉及一種基于激光干涉技術制備單晶硅薄膜的方法，使用穩態激光照射結合磁控濺射的方法來誘導制備單晶硅薄膜。

背景技術

激光加工技術由于其自身的特點，近年成為了常用的材料加工技術之一，被廣泛應用于各領域的材料加工。隨著激光技術的逐步發展和不斷地完善，大功率激光器的各方面性能不斷提升，使得該技術在提高加工效率、加快生產進度和環境保護、以及降低材料的熱損傷、保持材料表面完整性等方面相比于傳統的化學加工和機械加工方法存在著巨大的優勢。所以激光加工技術在近些年來也取得了突飛猛進的發展。此外，將激光加工技術還可以分別與機械加工方法、化學加工方法相結合。例如激光加工技術結合化學腐蝕、電化學蝕刻、液體薄膜技術、液相噴射技術等。這些方法的應用大大提高了傳統技術的加工效率，解決傳統技術對結構加工高耗時、高成本、污染嚴重等問題，讓激光加工技術在汽車制造、航天航空以及生物醫療等領域的應用更加廣泛。

制備薄膜的傳統工藝方法有溶膠-凝膠(Sol-gel)法、分子束外延(MolecularBeam?Epitaxy,?MBE)、金屬有機物化學氣相沉積法(Metal-organic?Chemical?VaporDeposition,?MOCVD)。不同工藝的薄膜樣品制備方法，對于所制備薄膜的種類各有側重，也各具特點和優勢。

溶膠-凝膠法(Sol-gel)制備薄膜雖然可以保證分子水平上的均勻性，但是致密性差、性能較弱，而且對于制備半導體器件來說容易發生其他反應，特別是Ⅳ族元素。分子束外延(Molecular?Beam?Epitaxy,?MBE)能精確控制且重復生長出超薄外延層樣品，形成高質量的薄膜樣品。但是MBE技術鍍膜對于工藝和設備要求太高，無法大規模、大范圍生產。金屬有機物化學氣相沉積法(Metal-organic?Chemical?Vapor?Deposition,?MOCVD)常用來沉積化合物半導體單晶薄膜。缺點是MOCVD制備過程中可能會產生毒性氣體，并且制備成本高。磁控濺射(magnetron-sputtering)是一種“高速低溫濺射技術”。相比較而言，磁控濺射技術能夠控制薄膜面積、擁有較高的沉積速率。同時，采用磁控濺射技術制備的薄膜不僅僅致密性好，而且因為整個濺射過程都發生于密閉的環境中，生長的薄膜擁有純度高、無污染的優點。

中國專利CN113873738A公開了一種自支撐碳基電容器靶及其制備方法，利用光刻工藝、射頻磁控濺射工藝、氧等離子體刻蝕工藝、濕法刻蝕工藝制備具有表面結構的α-C膜；利用脈沖激光沉積技術在拋光銅箔上制備DLC膜；將DLC膜的拋光銅箔熔去，并在去離子水中清洗多次；用有表面結構的α-C膜去撈漂浮在水面的DLC膜，然后溶解銅膜，得到碳基雙層膜；把碳基雙層膜在去離子水中清洗多次，用帶圓孔的靶架撈出碳基雙層膜，自然揮發干，得到自支撐碳基電容器靶。本發明能有效地實現自支撐碳基雙層結構靶，操作方便，且該自支撐碳基電容器靶，有望在物理實驗中取得預期結果；但考慮到薄膜的表面結構的制備、工藝步驟、致密性、環境污染等方面，現有技術略顯不足。而本發明可以通過多光束激光干涉誘導結合磁控濺射的方式制備出精度高的表面結構均勻、平整光滑的薄膜，解決現有技術中因刻蝕工藝導致制備的薄膜存在的表面結構精度不高、結構的尺寸不易控制、工藝復雜、致密性差、環境污染等問題。