[发明专利]硅基近红外发光薄膜材料的制备方法

权利要求书

1、硅基近红外发光薄膜材料的制备方法，该制备方法是在硅基片上利用三氧化二硼(B₂O₃)、三氧化二铝(Al₂O₃)、三氧化二镓(Ga₂O₃)、三氧化二铟(In₂O₃)、磷的氧化物、砷的氧化物、锑的氧化物、铋的氧化物这8种材料中的一种或多种、二氧化硅以及可发近红外光的稀土离子混合的基础上，掺入具有高还原性的单质铝原子。接着经过一个非氧化气氛下的高温退火过程，利用单质铝原子的高还原性，使整个薄膜材料体系欠氧而生成与氧空位相关的缺陷发光中心。这种氧空位缺陷发光中心是掺杂稀土离子近红外发光的敏化剂。

包括以下步骤：

步骤1：在硅基片上制备混合有三氧化二硼(B₂O₃)、三氧化二铝(Al₂O₃)、三氧化二镓(Ga₂O₃)、三氧化二铟(In₂O₃)、磷的氧化物、砷的氧化物、锑的氧化物、铋的氧化物这8种材料中的一种或多种、二氧化硅、可发近红外光的稀土离子以及单质铝原子的薄膜材料；

步骤2：非氧化气氛下高温退火，使整个薄膜材料因欠氧而生成可敏化稀土离子近红外发光的氧空位缺陷发光中心。

2、根据权利要求1所述的硅基近红外发光薄膜材料的制备方法，其特征在于：步骤1制备的薄膜材料的厚度在2纳米至10微米之间。

3、根据权利要求1所述的硅基近红外发光薄膜材料的制备方法，其特征在于：步骤1制备的薄膜材料中的单质铝原子掺杂可采用原位掺入、或后续铝离子注入掺入、或后续热扩散掺入。

4、根据权利要求1所述的硅基近红外发光薄膜材料的制备方法，其特征在于：步骤1制备的薄膜材料中硼离子、铝离子、镓离子、铟离子、磷离子、砷离子、锑离子以及铋离子的总的体密度与单质铝原子的体密度之和与二氧化硅中硅原子体密度的比值在0.01％至400％之间。

5、根据权利要求1所述的硅基近红外发光薄膜材料的制备方法，其特征在于：步骤1制备的薄膜材料中单质铝原子的体密度与硼离子、铝离子、镓离子、铟离子、磷离子、砷离子、锑离子以及铋离子的总的体密度的比值在0.001至1000之间。

6、根据权利要求1所述的硅基近红外发光薄膜材料的制备方法，其特征在于：步骤1制备的薄膜材料中可发近红外光的稀土离子从铒离子Er、镱离子Yb、铥离子Tm、钬离子Ho、钕离子Nd和镨离子Pr中选择，选择其中1种稀土离子或它们的组合。

7、根据权利要求1所述的硅基近红外发光薄膜材料的制备方法，其特征在于：步骤1制备的薄膜材料中可发近红外光的稀土离子的体浓度在1×10¹⁷/cm³到2×10²²/cm³之间。

8、根据权利要求1所述的硅基近红外发光薄膜材料的制备方法，其特征在于：步骤1制备的薄膜材料中可发近红外光的稀土离子掺杂可采用原位掺入、或后续稀土离子注入掺入。

9、根据权利要求1所述的硅基近红外发光薄膜材料的制备方法，其特征在于：步骤2采用的非氧化气氛包括惰性气体气氛、或还原气氛、或真空环境。

10、根据权利要求1所述的硅基近红外发光薄膜材料的制备方法，其特征在于：步骤2采用的退火温度在400摄氏度至1650摄氏度之间。