[发明专利]含氧的n-型β-硅化铁(FeSi2)及其制造方法

说明书

技术领域

本发明关于一种硅化铁(FeSi₂)的制造方法，特别是一种含氧的n-型β-硅化铁(FeSi₂)的制造方法。

背景技术

FeSi₂目前被发现会以四种不同的相存在，第一个结晶相为α-FeSi₂，在高温比较稳定(＞940℃)，具有金属的性质；第二个结晶相为β-FeSi₂，在低温比较稳定(＜940℃)，为一种半导体材料；近几年，许多研究团队各自发现Si(111)上可长出一层薄的FeSi₂，目前大致上可以区分为两种。分别为γ-FeSi₂和s-FeSi₂。这些相无法在一般的相图上发现，因为这些结构并不能形成三维的块材，但却可以薄膜的形式存在。

β-FeSi₂具有半导体的性质，且在温度低于940℃时比较稳定，具有一约0.87eV的直接能隙。一个在最外层具有d轨域电子的化合物半导体，对光会有一个较高的吸收系数；而β-FeSi₂中含有Fe原子，所以也具有d轨域的电子，且有较高的吸收系数，理论计算上它的转换效率约为23％，而且也经由实验证实具有高的吸收系数(1*105cm-1)。由于对光有高的吸收率，所以作成组件可以做得较薄，既可以节省材料又可以减少制程的成本；这些性质，使得β-FeSi₂适合拿来作为低成本的太阳能电池材料和红外光探测器。

2005年，Lian Ouyang等人成功地利用气相合成出FeSi的纳米线，他们提出其反应机制可能有以下两种：

FeCl₂(s)+Cl₂(g)+2Si(s)—→FeSi(s)+SiCl₄(g)及

2Fe₂Cl₆(g)+7Si(s)—→4FeSi(s)+3SiCl₄(g)

然而从相图可以知道Fe-Si的相图其实非常复杂，即使具有相同的元素组成比例，也有可能长出不同晶格相，且不同的相会具有截然不同的性质。

因此有一种需要，希望能找到一组稳定的参数能有效控制Fe-Si的成长，不同的条件对Fe-Si纳米线的影响，是否会影响其组成，而得到所需的n-型β-硅化铁(FeSi₂)纳米线。

本发明即针对此一需求，提出一种n-型β-硅化铁(FeSi₂)的制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种β-硅化铁(FeSi₂)的制造方法，以化学气相沉积法无须高真空而得含氧的n-型β-FeSi₂。

为达成上述目的及其它目的，本发明的第一观点教导一种n-型β-硅化铁(FeSi₂)的制造方法，在面向为(100)或(111)的硅晶圆上以化学气相沉积含氧的n-型β-FeSi₂，包含下列步骤：将一个三区石英炉管，第一区放置反应所需的前驱物FeCl₃，第二、三区则放入清洗过后的硅晶圆，将石英炉管内的压力抽至7.0×10^-2torr后通入氮(N₂)至10torr，再将压力抽到7.0×10^-2torr，此动作反复数次；升温到140℃，持温一个小时将结晶水去除；通入所需的载流气体，载流气体为80-99％氩(Ar)及1-20％氢(H₂)，较佳为80％Ar及20％H₂，或完全为氮(N₂)，流量大于15sccm，将前驱物慢慢带到待反应的硅基板上，氧则来自硅晶圆上的氧化层(native oxide)，使得金属氯化物在与硅基板反应的前先与氧气反应，而产生Fe-O；将第二区和第三区的温度升到反应温度并维持一段时间，该反应温度为650℃至950℃；停止加热，但载流气体仍旧持续将前驱物运送到硅基板上，同时也慢慢地将热量带走，慢慢退火而得含氧的n-型β-FeSi₂。

附图说明

图1是依据本发明实施例的化学气相沉积三区炉管剖面图。

图2是依据本发明实施例以N₂为载流气体在反应温度900℃下含氧的n-型β-FeSi₂的XRD绕射讯号。