CN101486439A - 锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜及其制备方法 - Google Patents

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本发明的锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜主要由硅纳米线阵列和锗纳米点组成，所述锗纳米点分布在硅纳米线阵列的硅纳米线上。其制备方法主要包括：利用P型或N型单晶硅，多晶硅做原始材料，利用刻蚀法制备大面积硅纳米线阵列。然后使用低压化学气相沉积技术，使用锗烷为气源，在大面积硅纳米线阵列衬底上制备锗点。是一种锗纳米点层数多、光效率高的大规模锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜产品，特别有利于进一步生产高效的光电子器件。其生产方法还具有生产设备成本低、生产效率高，产品成本可大幅度降低等优点，易于和现有的硅薄膜器件工艺结合，是生产锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜的一种优选方法。

Description

锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体低维结构薄膜产品及其制备方法。更具体而言，涉及一种锗(Ge)纳米点/硅(Si)纳米线阵列镶嵌结构的薄膜及其制备方法，属于半导体器件领域。
背景技术
半导体低维结构由于量子限制效应从而使其电学性质和光学性质发生很大的变化。而三维受限的纳米点(Dots)结构由于对其中的载流子(如电子、空穴和激子)有强量子限制作用则更引人瞩目。纳米点结构材料在光电器件、单电子器件等方面具有极为广阔的应用前景。通过控制纳米点的形状、尺寸和结构，可有效实现对其能隙宽度、激子束缚能大小等电子行态的调节。
体材料的硅是间接带隙的半导体，其光效率很低，所以利用硅(Si)基量子结构，尤其是纳米点结构提高硅基材料的光性能无疑是今后光电子技术发展的重要方向。由于硅加工工艺非常成熟，因此硅基纳米点器件具有集成化，大容量化的潜力；此外，纳米点结构能增加自由激子的局域化程度和束缚能，克服动量守恒的限制，实现硅、锗硅材料载流子从间接跃迁复合向直接跃迁复合转变，有望解决硅基材料的发光问题。和硅基上的探测器、波导器件、电学器件等集成在一起，形成可以进行光和电信号的产生、传输、探测、放大、处理等功能的实用集成电路，真正实现硅基光电子集成(OEIC)。
硅基纳米点领域尽管已经取得了很大的发展，但依然面临着很多的难题。尤其是在制备方面，很难有效的获得大规模的多层的锗纳米点硅结构。目前，获得大规模硅基纳米点的方法主要是通过分子束外延(MBE)或者化学气相沉积(CVD)先外延生长单层锗纳米点硅结构，然后再在单层的基础上外延生长多层结构。以上方法生长多层结构层数会受到生长时间的限制，层数较少，一般为数十层。并且，因长时间生长产生的多层结构会使得薄膜的质量变差，产生大量应力位错，影响材料的电学性能。还由于生长是需要在高温下进行，长时间生长还会使锗和硅的互扩散非常严重，锗/硅之间没有良好界面。所以，明显存在锗纳米点的层数少、光效率难以进一步提高等缺陷。
发明内容
本发明的主要目的是为了克服上述现有的采用先外延生长单层锗纳米点硅再在单层的基础上外延生长的多层锗纳米点硅薄膜存在锗纳米点层数少、光效率不高等不足之处，提供一种锗纳米点的直径小，层数多，具有相同的晶体取向，轴向具有较高的电导，生长时间短，生产成本低的锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜。
本发明的另一个目的是为锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜提供一种优选的制备方法。
本发明的锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜，主要由硅纳米线阵列和锗纳米点组成，所述锗纳米点分布在硅纳米线阵列的硅纳米线上。
本发明的锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜的优选的制备方法，主要是先在单晶P型硅片或单晶N型硅片或多晶硅片上利用刻蚀的方法制备大面积的硅纳米线阵列薄膜，再利用低压化学气相沉积设备在低压条件下以硅纳米线阵列为衬底，以锗烷为气源沉积生长锗纳米点。
所述硅纳米线阵列上沉积生长的锗纳米点竖直排列在硅纳米线上，沉积生长时，锗纳米点上可以进行掺杂。其中一种沉积方法是利用低压化学气相沉积设备在低压情况下沉积锗纳米点。
所述低压化学气相沉积设备的反应室的压强控制在2.4～10帕，沉积温度为480～620℃，沉积生长时间选为30～600秒。
所述刻蚀方法制备硅纳米线阵列，其中一种方法是利用化学刻蚀的办法，在单晶硅或多晶硅的基片上利用硝酸银和氢氟酸的水溶液沉积银纳米颗粒，再使用氢氟酸和双氧水的水溶液对基片进行刻蚀。
本发明技术方案的优点是利用硅纳米线阵列衬底与化学气相沉积技术(CVD)相结合以实现对锗纳米点的有效控制。在硅纳米线阵列上沉积的锗点点径为数十纳米，锗点间的相互间距约为数十纳米，阵列的纳米线长度约为数十微米，对应的锗点层数可达到数百层，锗纳米点在硅纳米线上实现竖直排列，生长的时间短，数百层结构只相当于现有的超晶格生长单层结构的时间，同时，硅纳米线保持和衬底连接良好，具有相同的晶体取向，轴向具有较高的电导，是一种锗纳米点层数多、光效率高的大规模锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜产品，特别有利于进一步生产高效的光电子器件。其生产方法还具有生产设备成本低、生产效率高，产品成本可大幅度降低等优点，易于和现有的硅薄膜器件工艺结合，是生产锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜的一种优选方法。
附图说明
图1为本发明的硅纳米线阵列衬底的截面结构示意图；图中的1表示阵列中硅纳米线，2是基片。
图2为本发明的锗纳米点沉积生长在图1中的硅纳米线上的结构示意图；图中的圆点3表示锗纳米点，该锗纳米点3竖直排列在硅纳米线1上的层数远大于图上所示。
图3为本发明的硅纳米线阵列衬底的电子显微镜照片图；图中的竖线表示硅纳米线。
图4为本发明的锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜产品的电子显微镜照片图；图中的1、3中的竖线表示硅纳米线，竖线上的小点表示锗纳米点。
图5为本发明的锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜产品的拉曼谱。拉曼谱可以看出锗信号位于300cm-1左右，硅信号位于520cm-1左右，说明锗和硅保持良好的晶态。
上图中相同的标号表示相同的部分。附图不一定是按比例的，其重点在于解释本发明的原理上。在附图中，为了清楚起见，放大了各层和区域的尺寸和厚度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施方式作进一步详细描述；
本发明的锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜，主要由硅纳米线阵列和锗纳米点组成，所述锗纳米点3分布在硅纳米线阵列的硅纳米线1上。
本发明制备硅纳米线阵列衬底可采取多种工艺。例如利用化学刻蚀的方法，具体包括：准备基片，该基片可以是单晶P型硅片，或单晶N型硅片，或者多晶硅片；在对基片进行标准的半导体表面基片清洗处理后，将银沉积在基片表面，具体的沉积方法可以通过蒸镀，溅射或者化学方法；在沉积完银后，使用溶液刻蚀的方法将刻蚀制备硅(Si)纳米线阵列衬底。
所述硅纳米线阵列衬底的溶液刻蚀方法，可采用在单晶硅或多晶硅的基片2上使用硝酸银和氢氟酸的水溶液沉积银纳米颗粒，再使用氢氟酸和双氧水的水溶液对基片进行刻蚀。
在上述的银纳米颗粒的沉积中，硝酸银的浓度选为0.01～0.06mol/L，沉积时间选为30～300秒。具体的硝酸银的浓度和沉积的时间可根据实际要求调整。该硅纳米线阵列衬底的结构如图1、3所示。
在完成制备硅纳米线阵列衬底后，即可使用低压化学气相沉积设备在硅纳米线1上以锗烷(GeH4)为气源沉积生长锗纳米点3。操作时，可将低压化学气相沉积设备的反应室压强控制在2.4～10帕范围左右，沉积温度为480～620℃，沉积生长时间选为30～600秒，具体的生长参数可根据实际要求调整。
所述硅纳米线阵列上沉积生长的锗纳米点3竖直排列在硅纳米线1上，沉积生长时，锗纳米点上可以进行掺杂。如沉积的锗纳米点也可利用B2H6、PH3为气源进行原位p、n型掺杂。锗纳米点/硅纳米线阵列衬底结构薄膜结构如图2、4所示。
在按上述方法制备获得的锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜，经检测，其锗纳米点的点径约为30～50纳米，锗纳米点之间的间距在50～100纳米之间，纳米线阵列的长度约为10微米左右，等效的层数越位100～200层。从图5的拉曼谱可以看出锗和硅保持良好的晶态，硅位于520cm-1，锗信号位于300cm-1左右。
综上所述，本发明的锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜是一种锗纳米点层数多、光效率高的大规模锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜产品，特别有利于进一步生产高效的光电子器件。其生产方法还具有生产设备成本低、生产效率高，产品成本可大幅度降低等优点，易于和现有的硅薄膜器件工艺结合，是生产锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜的一种优选方法。

Claims (4)

1、一种锗纳米点/硅纳米线阵列结构薄膜，其特征在于包括硅纳米线阵列和锗纳米点，所述锗纳米点分布在硅纳米线阵列的硅纳米线上。
2、权利1的薄膜的制备方法，其特征在于先在单晶P型硅片或N型硅片或多晶硅片上利用刻蚀的方法制备大面积的硅纳米线阵列薄膜，再利用低压化学气相沉积设备在低压条件下以硅纳米线阵列为衬底，以锗烷为气源沉积生长锗纳米点。
3、如权利要求2所述的薄膜的制备方法，其特征在于所述硅纳米线阵列衬底上沉积的锗纳米点排列在硅纳米线上，沉积生长时，锗纳米点上可以进行掺杂。
4、如权利要求2或3所述的薄膜的制备方法，其特征在于所述低压化学气相沉积设备的反应室的反应室的压强控制在2.4～10帕，沉积温度为480～620℃，沉积生长时间选为30～600秒。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102251286A (zh) * 2011-07-08 2011-11-23 中国科学院理化技术研究所 一种锗的微米/纳米锥阵列及其制备方法
CN102260905A (zh) * 2011-07-19 2011-11-30 同济大学 一种制备Ge纳米管的方法
CN102358615A (zh) * 2011-11-07 2012-02-22 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 多功能集成的纳米线阵列制备方法
CN102473895A (zh) * 2009-08-01 2012-05-23 基尔大学 用于锂离子蓄电池的电极
CN104445204A (zh) * 2014-12-12 2015-03-25 苏州大学 使用冶金级硅制备多孔硅纳米线的方法
CN105271103A (zh) * 2015-10-20 2016-01-27 国家纳米科学中心 一种纳米结构阵列及其制备方法和用途
CN103474632B (zh) * 2012-06-07 2016-08-03 中国科学院物理研究所 一种用于锂电池的负极材料及其制备方法和应用
CN105990107A (zh) * 2015-03-06 2016-10-05 武汉理工大学 一种掺杂磷的n型锗纳米线的低温低压生长方法及拉曼光谱表征方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1747128A (zh) * 2004-09-10 2006-03-15 中国科学院半导体研究所 在Si基片上生长高密度超小型Ge量子点的方法
US7718995B2 (en) * 2006-06-20 2010-05-18 Panasonic Corporation Nanowire, method for fabricating the same, and device having nanowires
US7888583B2 (en) * 2007-05-07 2011-02-15 Wisconsin Alumni Research Foundation Semiconductor nanowire thermoelectric materials and devices, and processes for producing same

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9246159B2 (en) 2009-08-01 2016-01-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrode for lithium ion batteries
CN102473895B (zh) * 2009-08-01 2015-06-03 三星电子株式会社 用于锂离子蓄电池的电极
US9716276B2 (en) 2009-08-01 2017-07-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Method for manufacturing an electrode for lithium ion batteries
CN102473895A (zh) * 2009-08-01 2012-05-23 基尔大学 用于锂离子蓄电池的电极
CN102251286B (zh) * 2011-07-08 2012-12-26 中国科学院理化技术研究所 一种锗的微米/纳米锥阵列及其制备方法
CN102251286A (zh) * 2011-07-08 2011-11-23 中国科学院理化技术研究所 一种锗的微米/纳米锥阵列及其制备方法
CN102260905B (zh) * 2011-07-19 2013-03-13 同济大学 一种制备Ge纳米管的方法
CN102260905A (zh) * 2011-07-19 2011-11-30 同济大学 一种制备Ge纳米管的方法
CN102358615B (zh) * 2011-11-07 2014-04-16 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 多功能集成的纳米线阵列制备方法
CN102358615A (zh) * 2011-11-07 2012-02-22 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 多功能集成的纳米线阵列制备方法
CN103474632B (zh) * 2012-06-07 2016-08-03 中国科学院物理研究所 一种用于锂电池的负极材料及其制备方法和应用
CN104445204A (zh) * 2014-12-12 2015-03-25 苏州大学 使用冶金级硅制备多孔硅纳米线的方法
CN105990107A (zh) * 2015-03-06 2016-10-05 武汉理工大学 一种掺杂磷的n型锗纳米线的低温低压生长方法及拉曼光谱表征方法
CN105990107B (zh) * 2015-03-06 2018-10-09 武汉理工大学 掺杂磷的n型锗纳米线的低温低压生长及拉曼光谱表征方法
CN105271103A (zh) * 2015-10-20 2016-01-27 国家纳米科学中心 一种纳米结构阵列及其制备方法和用途

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