[发明专利]硅基硅/锗纳米晶粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺方法，尤其涉及一种硅基硅/锗纳米晶粒的制备方法。

背景技术

近年来硅、锗纳米晶粒发光特性研究取得了长足进步。电注入载流子在硅、锗量子点中复合，得到了红光发射，但其发光波长难于控制、发光效率低的缺点仍没有解决。同时，由于受晶粒带隙的限制，其发光一般位于红、红外区，作为信息存储系统的光源，这显然不利。提高发光效率，缩短发光波长，是该类材料努力的方向。

目前有一种硅基硅纳米晶粒的制备方法，是在硅衬底上通过热氧化制备一层二氧化硅薄膜，然后将硅离子注入二氧化硅薄膜中，最后通过退火，硅在二氧化硅薄膜中析出形成纳米尺寸硅晶粒。但是，该方法存在硅/锗纳米晶粒尺寸过大、尺寸分布不均匀的缺点，且制备效率比较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种硅基硅/锗纳米晶粒的制备方法，能缩小硅纳米晶粒的尺寸，改善尺寸均匀性。

为了解决上述技术问题，本发明的硅基硅/锗纳米晶粒的制备方法包括如下步骤：

(1)制备二氧化硅过饱和磷酸溶液；

(2)将硅衬底浸润到二氧化硅过饱和磷酸溶液中，二氧化硅在硅衬底表面析出形成二氧化硅颗粒；

(3)将硅离子或锗离子注入到二氧化硅颗粒中；

(4)退火形成硅/锗纳米晶粒。

本发明的硅基硅/锗纳米晶粒的制备方法，显著缩小硅/锗纳米晶粒的尺寸，有效改善了纳米晶粒的尺寸均匀性，且提高了制备效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明方法的制备工艺流程图；

图2是本发明方法中硅衬底表面形成二氧化硅颗粒的表面形貌图；

图3是本发明方法制备的硅/锗纳米晶粒的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明硅基硅/锗纳米晶粒的制备方法包括如下步骤：

(1)制备二氧化硅过饱和磷酸溶液；

(2)将硅衬底浸润到二氧化硅过饱和磷酸溶液中，二氧化硅在硅衬底表面析出形成二氧化硅颗粒，经电子显微镜扫描得其表面形貌图(见图2)；

(3)将硅离子或锗离子注入到二氧化硅颗粒中；

(4)退火形成硅/锗纳米晶粒(见图3)。

所述的二氧化硅过饱和磷酸溶液是由氮化硅溶解到磷酸溶液中制备形成。所述步骤(3)中硅离子或锗离子注入剂量为1E12cm^-2～1E15cm^-2，硅离子或锗离子注入能量为10KeV～100KeV。所述步骤(4)中退火温度为400℃～1100℃，退火时间为10分钟～120分钟，退火气体为氮气或其他惰性气体。

实施例1

采用本发明方法制备硅基硅/锗纳米晶粒，把硅衬底浸润到预先配制好的二氧化硅过饱和磷酸溶液中，使二氧化硅在硅衬底表面析出形成二氧化硅小颗粒，再在二氧化硅颗粒中注入硅离子或锗离子，该硅离子或锗离子注入剂量为1E12cm^-2，硅离子或锗离子注入能量为10KeV，然后在400℃、氮气的条件下，退火10分钟，形成硅/锗纳米晶粒。

实施例2

采用本发明方法制备硅基硅/锗纳米晶粒，把硅衬底浸润到预先配制好的二氧化硅过饱和磷酸溶液中，使二氧化硅在硅衬底表面析出形成二氧化硅小颗粒，再在二氧化硅颗粒中注入硅离子，该硅离子或锗离子注入剂量为1E15cm^-2，硅离子或锗离子注入能量为100KeV，然后在1100℃、氮气的条件下，退火120分钟，形成硅/锗纳米晶粒。

实施例3

采用本发明方法制备硅基硅/锗纳米晶粒，把硅衬底浸润到预先配制好的二氧化硅过饱和磷酸溶液中，使二氧化硅在硅衬底表面析出形成二氧化硅小颗粒，再在二氧化硅颗粒中注入硅离子，该硅离子或锗离子注入剂量为1E13cm^-2，硅离子或锗离子注入能量为50KeV，然后在800℃、氮气的条件下，退火65分钟，形成硅/锗纳米晶粒。