[发明专利]氢钝化的硅和锗表面的选择性活化

说明书

技术领域

本发明总体上涉及半导体，并且具体涉及氢钝化的硅(Si)和锗(Ge)半导体表面的选择性活化。

背景技术

半导体构成了现代电子学的基础。拥有了可以在导电与绝缘之间进行选择性改性和控制的物理性质，半导体在大多数现代电气设备中(例如计算机、手机、光电池等)是必要的。IV族半导体总体上是指在周期表的第四列中的前四种元素(例如碳、硅、锗以及锡)。

使用非传统的半导体技术(例如印刷)来沉积半导体材料的能力可以提供简化并且因此降低许多现代电气设备(例如计算机、手机、光电池等)的成本的一种方式。就像涂料中的颜料，这些半导体材料总体上作为微观颗粒(例如纳米颗粒)形成，并且暂时悬浮在可以随后沉积于基底上的胶态分散体中。

纳米颗粒总体上是具有至少一个小于100nm的维度的微观颗粒。与倾向于具有无关其大小的恒定物理性质(例如熔化温度、沸腾温度、密度、电导率等)的大块材料(＞100nm)相比，纳米颗粒可能具有依赖于大小的物理性质，例如更低的烧结温度。

胶态分散体是一种由两个单独的相组成的均匀混合物。胶态分散体(或墨水)总体上由一个连续相(例如一种溶剂)以及一个分散相(总体上是直径在1um以下的颗粒)组成。该连续相必须是与待分散的材料的表面相容的。例如，炭黑颗粒(非极性的)倾向于容易地分散在烃类溶剂(非极性的)中，而硅石颗粒(极性的)倾向于容易地分散在醇(极性的)中。

极性通常是指一个分子的轻微带正电的一端与另一个或同一个分子的负电端之间的偶极子-偶极子的分子间作用力。然而，半导体颗粒倾向于是非极性的，并且因此是疏液的(或怕溶剂的)。

通常有益的是通过加入加帽剂来将半导体表面功能化从而改善与介质的相容性并且简化和/或使能进行这些生产方法。总体上，加帽剂或配体是在多原子分子实体中结合到一个“中心原子”上的一组原子或原子的多个基团。选择具有某种特性或功能的加帽剂，所述特性和功能是所述加帽剂可能附接至的下表面所不具备的。

因此，将一种非极性颗粒分散到一种极性溶剂中的常用方法是通过颗粒表面的改性，通常是用一种可电离的(或极性的有机的)加帽剂或配体。例如，可电离的官能团，如羧基、氨基、磺酸根等，或它们的聚合形式，经常被共价地附接到非极性颗粒上以添加电荷并且允许静电排斥力帮助这些颗粒分散在该溶剂中。作为替代方案，在非极性溶剂的情况下，可以将与该溶剂高度相容的不可电离的有机基团共价地接枝到这些颗粒上以帮助分散并且通过溶剂化力传递稳定性。不可电离的有机基团的例子包括不同几何形状的烃(例如直链的、支链的以及环状的烷类、烯类、炔类、环烷类、二烯类等)。

此外，如果静电斥力和/或溶剂化力充分地高于正常的范德华吸引力的话，这些颗粒一旦被分散，会倾向于保持悬浮并且避免附聚作用。如果对范德华相互作用的排斥阻碍高于约15kT，则颗粒的布朗运动太低而不能引起可观的附聚作用并且认为分散体是稳定的。这种能量平衡是用来解释静电稳定的胶体的稳定性的Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek(DLVO)理论的本质。

加帽剂还可以将抗微生物的分子(例如，聚阳离子的(季铵)、庆大霉素、青霉素等)附接到IV族半导体表面上以保护人免于微生物感染。例如，具有抗微生物的加帽剂的IV族材料可以用来制造在受污染的环境中可以更安全地穿着的衣服。

然而，在这些以及其他用途中，一般难以将这种加帽剂选择性地附接到IV族的半导体表面上，因为该表面的化学结构倾向于是均匀并且均质的。结果是，该加帽剂倾向于附接到对它是反应性的所有可用表面位点上，从而完全覆盖该表面。这对于要求直接达到IV族半导体表面的应用是有问题的。例如，过量的加帽剂可能抑制烧结。烧结总体上是一种通过在颗粒的熔点下将其加热直至它们彼此粘附而由粉末制造物体的方法。

此外，一旦附接到IV族半导体表面上，则加帽配体可能难以除去并且可能因此干扰该表面功能性。例如，许多加帽剂(一旦沉积并且烧结)可以充当污染物，它们不利地影响该半导体颗粒的电气特性。

鉴于以上内容，希望有一种选择性地活化H钝化的IV族半导体表面的方法。

发明内容