CN106498364A - 一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料的制备方法 - Google Patents

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向鹏
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Abstract

本发明公开了一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料的低温制备方法，该方法包括以下步骤：（1）玻璃片或硅片的清洗；（2）以硅烷和甲烷为反应气体，通过调整沉积功率、压强、温度及流量比等工艺参数采用等离子体增强化学气相沉积技术在玻璃片或硅片上沉积碳化硅纳米粒子薄膜。本发明方法主要通过优化等离子体增强化学气相沉积技术制备工艺参数，调控碳基和硅基等离子体基元能量和活性，控制它们在玻璃片或硅片表面的生长反应从而在玻璃片和硅片上合成致密分布的碳化硅纳米粒子。经过上述步骤所制备的碳化硅纳米粒子薄膜具有工艺简单、成本低以及碳化硅纳米粒子排列致密性高等优点。

Description

一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料的制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜材料及其制备方法，具体涉及一种采用等离子体增强化学气相沉积技术低温制备一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料的方法。
技术背景
碳化硅纳米粒子材料是一种重要的新型化合物半导体纳米材料，它具有带隙宽、击穿场强高、耐酸碱、抗氧化、抗辐射、硬度高、热导率大、热膨胀系数小以及化学稳定性好等优点，在高温、高频、抗辐射、大功率高密度集成电子器件以及航空、军事和核能技术方面有较好的应用。另外，它还具有稳定的光学特性、良好的生物相容性以及荧光颜色可调等独特的光学特性，是一种材料来源广泛且无毒的新型半导体荧光纳米材料，在荧光标记、发光器件以及光探测器件等方面有广泛的应用。由于碳化硅纳米材料优异的物理化学特性和巨大的应用价值，因此采用一种工艺简单、成本低廉的碳化硅纳米粒子薄膜材料合成方法对于其制备和应用至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉的碳化硅纳米粒子薄膜材料合成方法。该方法通过等离子体增强化学气相沉积技术可在单晶硅、玻璃片等表面于较低温度下沉积一种含碳化硅纳米粒子薄膜，这种方法具有工艺简单、成本低以及碳化硅纳米粒子排列致密性高等优点。
本发明提供的一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料制备方法，包括下述步骤：
（1）清洗玻璃片或单晶硅片。
首先将玻璃片或硅片置于去离子水当中超声清洗10-15分钟，结束后用去离子水冲洗3-5次；接着将玻璃片或硅片置于丙酮之中超声清洗10-15分钟，结束后用去离子水冲洗3-5次，之后将玻璃片或硅片置于去离子水当中超声清洗10-15分钟；最后将玻璃片或硅片置于无水乙醇当中超声清洗10-15分钟，结束后用去离子水冲洗3-5次，之后将玻璃片或硅片置于去离子水当中超声清洗10-15分钟并用氮气吹干。
（2）以硅烷和甲烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在玻璃或单晶硅基片上制备含碳化硅纳米粒子薄膜；具体制备工艺参数为：
射频功率密度：400 ～ 800 W/cm2，射频频率：13.56 MHz，沉积温度：250 ～ 300℃，沉积压强：70～120 Pa，氢气稀释5% ～ 10%（体积百分比）的硅烷流量：30 ～60 sccm，甲烷（纯度：99.9995%）流量：40 ～ 70 sccm。
氢气稀释5% ～ 10%（体积百分比）的硅烷流量：30 ～60 sccm，甲烷（纯度：99.9995%）流量：40 ～ 70 sccm。
经过上述两个简单步骤，一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料便制备完成。
通过优化等离子体增强化学气相沉积技术制备工艺参数，调控碳基和硅基等离子体基元能量和活性，控制它们在玻璃片或硅片表面的生长反应从而在玻璃片和硅片上合成致密分布的碳化硅纳米粒子。
采用硅烷与甲烷作为反应气体是等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术制备碳化硅纳米粒子的一种常规气体，实际上只要包含有硅和碳元素的气体均有可能通过PECVD技术制备碳化硅纳米粒子。在我们这种方法当中选择硅烷与甲烷作为反应气体是由于这两种气体对我们来说很容易获得，价格也更低廉，同时这两种气体在PECVD工艺当中所产生的等离子基团及反应我们也更熟悉，因此我们能通过优化PECVD工艺参数合成我们所想要的碳化硅纳米粒子。通过扫描电镜图片可直观地发现我们所合成的碳化硅纳米粒子平均尺寸小于10纳米，排列致密，这些都利于提高碳化硅纳米粒子的物理性能和其应用。
附图说明
图1为实施例1的碳化硅纳米粒子高分辨率扫描电镜图。
具体实施方式
以下实施案例用以说明本发明，但不用于限制本发明。
实施例1
一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）清洗单晶硅片。
（2）以硅烷和甲烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅基片上制备含碳化硅纳米粒子薄膜；具体制备工艺参数为：
射频功率密度：750W/cm2，射频频率：13.56 MHz，沉积温度：250℃，沉积压强：100 Pa，氢气稀释10%（体积百分比）的硅烷流量：40 sccm，甲烷（纯度：99.9995%）流量：50 sccm。
经过上述两个简单步骤，一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料便制备完成，如图1所示。
实施例2
一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）清洗单晶硅片。
（2）以硅烷和甲烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术单晶硅基片上制备含碳化硅纳米粒子薄膜；具体制备工艺参数为：
射频功率密度：400 W/cm2，射频频率：13.56 MHz，沉积温度：300℃，沉积压强：70 Pa，氢气稀释10%（体积百分比）的硅烷流量：30 sccm，甲烷（纯度：99.9995%）流量：40 sccm。
经过上述两个简单步骤，一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料便制备完成。
实施例3
一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）清洗玻璃片。
（2）以硅烷和甲烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在玻璃基片上制备含碳化硅纳米粒子薄膜；具体制备工艺参数为：
射频功率密度：520 W/cm2，射频频率：13.56 MHz，沉积温度：280℃，沉积压强：80 Pa，氢气稀释10%（体积百分比）的硅烷流量：50 sccm，甲烷（纯度：99.9995%）流量：60 sccm。
经过上述两个简单步骤，一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料便制备完成。
实施例4
一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）清洗玻璃片。
（2）以硅烷和甲烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在玻璃基片上制备含碳化硅纳米粒子薄膜；具体制备工艺参数为：
射频功率密度：610 W/cm2，射频频率：13.56 MHz，沉积温度：270℃，沉积压强：90 Pa，氢气稀释5%（体积百分比）的硅烷流量：60 sccm，甲烷（纯度：99.9995%）流量：40 sccm。
经过上述两个简单步骤，一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料便制备完成。
实施例5
一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）清洗单晶硅片。
（2）以硅烷和甲烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅基片上制备含碳化硅纳米粒子薄膜；具体制备工艺参数为：
射频功率密度：750 W/cm2，射频频率：13.56 MHz，沉积温度：250℃，沉积压强：120 Pa，氢气稀释5%（体积百分比）的硅烷流量：50 sccm，甲烷（纯度：99.9995%）流量：40 sccm。
经过上述两个简单步骤，一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料便制备完成。
实施例6
一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）清洗单晶硅片。
（2）以硅烷和甲烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅基片上制备含碳化硅纳米粒子薄膜；具体制备工艺参数为：
射频功率密度：800 W/cm2，射频频率：13.56 MHz，沉积温度：290℃，沉积压强：110 Pa，氢气稀释10%（体积百分比）的硅烷流量：30 sccm，甲烷（纯度：99.9995%）流量：70 sccm。
经过上述两个简单步骤，一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料便制备完成。
以上所述为本发明较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施实例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料的制备方法，其特征在于，其步骤包括：
（1）清洗玻璃片或单晶硅片;
（2）以硅烷和甲烷为反应气体，采用等离子体增强化学气相沉积技术在玻璃或单晶硅基片上制备含碳化硅纳米粒子薄膜；具体制备工艺参数为：
射频功率密度：400 ～ 800 W/cm2，射频频率：13.56 MHz，沉积温度：250 ～ 300℃，沉积压强：70～120 Pa;
经过上述两个简单步骤，一种含碳化硅纳米粒子薄膜材料便制备完成。
2.权利要求1所述的含碳化硅纳米粒子薄膜材料的制备方法，其特征在于，氢气稀释5%～ 10%（体积百分比）的硅烷流量：30 ～60 sccm，甲烷（纯度：99.9995%）流量：40 ～ 70sccm。
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