CN106098534A - 用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法及装置 - Google Patents
用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106098534A CN106098534A CN201610484538.3A CN201610484538A CN106098534A CN 106098534 A CN106098534 A CN 106098534A CN 201610484538 A CN201610484538 A CN 201610484538A CN 106098534 A CN106098534 A CN 106098534A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- electron beam
- nano silicon
- preparing nano
- irradiation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 37
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 20
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 16
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 claims description 6
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 2
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010068052 Mosaicism Diseases 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 230000000802 nitrating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 210000003765 sex chromosome Anatomy 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
- H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
- H01L21/02689—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using particle beams
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0004—Apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of nanostructural devices or systems or methods for manufacturing the same
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
- B82B3/0019—Forming specific nanostructures without movable or flexible elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02587—Structure
- H01L21/0259—Microstructure
- H01L21/02592—Microstructure amorphous
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明提供了一种用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法及装置。本发明在非晶硅薄膜上用电子束辐照进行晶化，以生长纳米硅结构，这样的方式具有纳米硅生长速度快、纳米形貌尺寸可控与尺度分布范围较窄等优点。可用于制备发光量子点材料，发光效果很好。本发明方法简单，易于实施，成本低廉，使用效果好。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明及纳米光子材料与器件技术领域，尤其是一种用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法及装置。
背景技术
目前，我们正处于后信息时代，其特点是由电子信息阶段过渡到光子信息阶段，现在已经完成以光子为信息载体的转换过程，如已经实现全光的光纤通信和光通信。当今的发展进入芯片上的光电子集成与芯片级的全光化，这是实现光量子信息处理和光量子信息计算的关键，而在硅芯片上制备纳米硅结构是一项瓶颈性的工作。
众所周知，建立在硅基上的微电子信息产业高度发达，但是受尺寸与功耗的限制，摩尔定律已经到了适用范围的极限。科学家们试图在硅基上建立起全新的光量子信息处理系统，取代现在的微电子信息系统，实现信息时代革命性的跨越。这里，我们要解决的关键性问题是：在硅芯片上制备包括量子点和量子面纳米结构的有很好发光性质的材料，寻找好的制备纳米硅的方法与过程是重要的。
发明内容
本发明的目的是：提供一种用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法及装置，它具有纳米硅生长速度快、纳米形貌尺寸可控与尺度分布范围较窄等优点，且发光效果很好。。
本发明是这样实现的：用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，在非晶硅薄膜上用电子束辐照进行晶化，生长纳米硅结构；所述的纳米硅结构包括硅量子点或硅量子面结构。
具体如下步骤：
1）预处理：对单晶硅片进行P型掺杂，形成电阻率2～20Ω·cm的硅片，清洗除去硅表面在空气中形成的氧化硅层，并制备出非晶硅薄膜；
2）在真空氩气氛围中用电子束辐照作用在非晶硅薄膜上；
3）控制电子束的加速电压为180-220KV，束流密度为0.4-0.6nA/nm2，在确定电子束流密度的条件下控制辐照作用的时间，时间为5-10分钟开始晶化，时间为10-20分钟形成硅量子点，时间为30分钟以上行程大块的晶体。
将步骤3）获得的产品置入脉冲激光沉积法装置中，通过采用不同的掺杂氛围或掺杂靶材，获取不同表面掺杂的非晶硅薄膜，再用电子束辐照作用，电子束的加速电压为180-220KV，束流密度为0.4-0.6nA/nm2，获得不同掺杂的产品。
步骤1）所述的制备出非晶硅薄膜采用脉冲激光沉积法制备。
步骤2）中所述的真空度为10-8Pa。
电子束作用装置，包括真空腔，在真空腔的顶部设有场发射电子枪，在场发射电子枪的下方设有样品台，场发射电子枪能对焦于样品台上。
由于采用了以上技术方案，本发明在非晶硅薄膜上用电子束辐照进行晶化，以生长纳米硅结构，这样的方式具有纳米硅生长速度快、纳米形貌尺寸可控与尺度分布范围较窄等优点，且发光效果很好。本发明方法简单，易于实施，成本低廉，使用效果好。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的实施例1的产品电镜扫描图；
图3为本发明的实施例2的产品电镜扫描图；
图4为本发明的实施例3的产品电镜扫描图；
图5为本发明的实施例的产品的发光特性。
具体实施方式
本发明的实施例1：用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，具体如下步骤：
1）预处理：对单晶硅片进行P型掺杂，形成电阻率2～20Ω·cm的硅片，清洗除去硅表面在空气中形成的氧化硅层，并制备出非晶硅薄膜；
2）在真空氩气氛围中用电子束辐照作用在非晶硅薄膜上；
3）控制电子束的加速电压为200KV，束流密度为0.5nA/nm2，在确定电子束流密度的条件下控制辐照作用的时间，时间为20分钟，形成硅量子点，如图2所示。
本发明的实施例2：用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，具体如下步骤：
步骤1）-3）同实施例1；
4）将步骤3）获得的产品置入脉冲激光沉积法装置中，对产品进行氮的掺杂后，再用电子束辐照作用，电子束的加速电压为200KV，束流密度为0.5nA/nm2，获得获得掺氮量子点，如图3所示。
本发明的实施例3：用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，具体如下步骤：
步骤1）-3）同实施例1；
4）将步骤3）获得的产品置入脉冲激光沉积法装置中，对产品进行镱的掺杂后，再用电子束辐照作用，电子束的加速电压为200KV，束流密度为0.5nA/nm2，获得获得掺镱量子点，如图3所示。
本发明的实施例4：用于实施例1-3中进行电子束作用的电子束作用装置，包括真空腔1，在真空腔1的顶部设有场发射电子枪2，在场发射电子枪2的下方设有样品台3，场发射电子枪2能对焦于样品台3上。
使用过程中，将需要电子束作用的样品放在样品台3上，关闭真空腔1，然后开始进行抽真空处理，达到要求后，使场发射电子枪2对焦于样品台3上，启动场发射电子枪2开始作用。
将实施例1-3的产品用光致荧光PL谱仪检测电子束辐照作用后晶化的纳米硅的发光特性。结果如图5所示。
结果证明，实施例1-3的产品具有纳米形貌尺寸可控与尺度分布范围较窄的优点，而且产品的发光效果很好。
本发明所述并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。显然本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术范围内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，其特征在于：在非晶硅薄膜上用电子束辐照进行晶化，生长纳米硅结构；所述的纳米硅结构包括硅量子点或硅量子面结构。
2.根据权利要求1所述的用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，其特征在于：具体如下步骤：
1）预处理：对单晶硅片进行P型掺杂，形成电阻率2～20Ω·cm的硅片，清洗除去硅表面在空气中形成的氧化硅层，并制备出非晶硅薄膜；
2）在真空氩气氛围中用电子束辐照作用在非晶硅薄膜上；
3）控制电子束的加速电压为180-220KV，束流密度为0.4-0.6nA/nm2，在确定电子束流密度的条件下控制辐照作用的时间，时间为5-10分钟开始晶化，时间为10-20分钟形成硅量子点，时间为30分钟以上行程大块的晶体。
3.根据权利要求2所述的用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，其特征在于：将步骤3）获得的产品置入脉冲激光沉积法装置中，通过采用不同的掺杂氛围或掺杂靶材，获取不同表面掺杂的非晶硅薄膜，再用电子束辐照作用，电子束的加速电压为180-220KV，束流密度为0.4-0.6nA/nm2，获得不同掺杂的产品。
4.根据权利要求2所述的用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，其特征在于：步骤1）所述的制备出非晶硅薄膜采用脉冲激光沉积法制备。
5.根据权利要求2所述的用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，其特征在于：步骤2）中所述的真空度为10-8Pa。
6.一种用于如权利要求1或2所述的方法的电子束作用装置，包括真空腔（1），其特征在于：在真空腔（1）的顶部设有场发射电子枪（2），在场发射电子枪（2）的下方设有样品台（3），场发射电子枪（2）能对焦于样品台（3）上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610484538.3A CN106098534B (zh) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610484538.3A CN106098534B (zh) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106098534A true CN106098534A (zh) | 2016-11-09 |
| CN106098534B CN106098534B (zh) | 2018-11-02 |
Family
ID=57213714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610484538.3A Active CN106098534B (zh) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106098534B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116043325A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-05-02 | 北京航空航天大学 | 一种薄膜沉积装置及薄膜沉积方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101591003A (zh) * | 2009-06-26 | 2009-12-02 | 厦门大学 | 一种非晶硅氧化物纳米线的电子束聚焦辐照加工方法 |
| CN101894747A (zh) * | 2010-06-29 | 2010-11-24 | 深圳丹邦投资集团有限公司 | 非晶硅薄膜的晶化及多晶硅薄膜的制造方法和装置 |
| JP2011001226A (ja) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Japan Atomic Energy Agency | アモルファス炭化ケイ素ナノチューブの製造方法 |
| CN103146379A (zh) * | 2013-03-25 | 2013-06-12 | 江苏大学 | 一种具有光致发光特性的硅基量子点纳米材料的制备方法 |
| CN205264669U (zh) * | 2015-12-31 | 2016-05-25 | 天津镕思铭科技有限公司 | 电子束发生器 |
-
2016
- 2016-06-28 CN CN201610484538.3A patent/CN106098534B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011001226A (ja) * | 2009-06-19 | 2011-01-06 | Japan Atomic Energy Agency | アモルファス炭化ケイ素ナノチューブの製造方法 |
| CN101591003A (zh) * | 2009-06-26 | 2009-12-02 | 厦门大学 | 一种非晶硅氧化物纳米线的电子束聚焦辐照加工方法 |
| CN101894747A (zh) * | 2010-06-29 | 2010-11-24 | 深圳丹邦投资集团有限公司 | 非晶硅薄膜的晶化及多晶硅薄膜的制造方法和装置 |
| CN103146379A (zh) * | 2013-03-25 | 2013-06-12 | 江苏大学 | 一种具有光致发光特性的硅基量子点纳米材料的制备方法 |
| CN205264669U (zh) * | 2015-12-31 | 2016-05-25 | 天津镕思铭科技有限公司 | 电子束发生器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116043325A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-05-02 | 北京航空航天大学 | 一种薄膜沉积装置及薄膜沉积方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106098534B (zh) | 2018-11-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tu et al. | Self-assembled vertical GaN nanorods grown by molecular-beam epitaxy | |
| Park et al. | Quantum confinement in amorphous silicon quantum dots embedded in silicon nitride | |
| CN104060237B (zh) | 一种具有Si-V发光的纳米金刚石薄膜及制备方法 | |
| Cuche et al. | Fluorescent oxide nanoparticles adapted to active tips for near-field optics | |
| CN102103953A (zh) | 一种在碳化硅基底上外延生长的冷阴极场发射材料及方法 | |
| Opolchentsev et al. | UV luminescence and lasing in ensembles of zinc-oxide microcrystals with copper | |
| CN106098534A (zh) | 用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法及装置 | |
| CN105154847B (zh) | 一种具有Si‑V发光的纳米金刚石薄膜及其可控制备方法 | |
| CN107046088A (zh) | 生长在Si(111)衬底上的GaN纳米柱及其制备方法和应用 | |
| Meng et al. | Photoluminescence properties of catalyst-free growth of needle-like ZnO nanowires | |
| CN205223338U (zh) | 纳秒脉冲激光退火装置 | |
| Makhnij et al. | Optical properties of microporous n-GaAs | |
| CN103011064A (zh) | 一种在纳米材料表面制备10纳米以下亚结构的方法 | |
| CN102260496B (zh) | 一种具有光致发光特性的单晶硅及其制备方法 | |
| Gautam et al. | Synthesis of InN@ SiO2 nanostructures and fabrication of blue LED devices | |
| Sharma et al. | Surface modification of carbon fiber by direct growth of zinc oxide nanowalls using a radio-frequency magnetron sputtering technique | |
| Castelletto et al. | Visible and infrared photoluminescence in hexagonal silicon carbide by direct femtosecond laser writing | |
| Yang et al. | The field emission characteristics of titanium-doped nano-diamonds | |
| Sharma et al. | Growth of ZnO nanowires on carbon fibers by RF magnetron sputtering technique | |
| CN205231018U (zh) | 新型硅镱量子面等离子体光源 | |
| Sun et al. | 2D free-standing Ge-doped ZnO: excellent electron-emitter and excitation-power-dependent photoluminescence redshift | |
| CN100339938C (zh) | 发光构造体、发光方法和照明体 | |
| CN105200376A (zh) | 用纳秒脉冲激光退火制备纳米硅发光材料的方法及装置 | |
| CN105206502A (zh) | 新型硅镱量子面等离子体光源及其制备方法 | |
| Guziewicz et al. | Optical properties of epitaxial ZnO-ALD films implanted with Rare Earth |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240821 Address after: No. 25 Sanle East Road, Shunjiang Community, Beijiao Town, Shunde District, Foshan City, Guangdong Province 528000 (Address Application) Patentee after: PulseX Laser Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 550025 science and technology office, north campus, Guizhou University, Huaxi District, Guiyang, Guizhou Patentee before: Guizhou University Country or region before: China |
|
| TR01 | Transfer of patent right |