[发明专利]一种具有光致发光特性的单晶硅及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于发光半导体原材料制备领域，具体涉及一种具有光致发光特性的单晶硅及其制备方法。

背景技术

众所周知，半导体材料硅以其特有的属性在半导体行业中占据了重要地位，硅元素具有热导率高、膨胀系数小及较高屈服强度等特点，因而易于拉伸成较大的单晶体，以单晶硅作为原材料，超大规模集成电路为主体的微电子技术已高度发展，用光代替电子作为信息的载体，来满足信息处理更快、存储量更大、处理能力更强的要求是必然的发展趋势，单晶硅是微电子工业的主体材料，在诸如微机械、真空微电子和传感器领域都有着日益广泛的用途，但是作为一种间接带隙半导体材料，硅只能发射微弱的红外光，且发光效率很低，难于制成发光器件。

传统的光电子材料包括砷化镓(GaAs)，磷化镓(GaP)，磷化铟(InP)等，但这些材料价格昂贵，在高温下又易分解，相比于单晶硅来说，无论从材料的制备还是器件工艺上来说都显得不够理想；自从Canham等把单晶硅置于HF溶液中作为阳极进行电化学腐蚀制备出的多孔硅具有很强的光致发光性能后，学者们就一直在设法寻找一种高效发光硅基材料，以满足光电子与微电子领域的需要。

HCPEB（High Current Pulse Electron Beam，强流脉冲电子束）属于一种短脉冲宽度(＜10^-7秒)的高功率电子束表面改性技术，其发射装置见现有文献中的描述，在此不再赘述，HCPEB发射装置中电子束在电子的产生和传输过程中采用等离子系统，高能量密度的电子束可以在极短的时间内传播出较远的距离，并高速轰击材料表面，从而取得传统方法所不及的表面处理效果；现有技术中，通过采用不同的HCPEB轰击工艺参数，制备出了多种表面多孔金属材料，包括多孔纳米纯铜、多孔纯铝、多孔不锈钢等，基于HCPEB在材料制备中的特性，单晶硅经过HCPEB轰击后产生可密集的孔洞结构。

现有技术中，经过不同方法制备成功的多孔硅具有发光特性，但是一般认为通过电化学沉积、化学聚合、溶胶-凝胶和化学气相沉积等化学方法制备出的多孔硅的化学性能不稳定，其表面硅-氢键很弱，容易被破坏形成悬挂键，悬挂键在光敏器件种会引起电子-空穴对的无辐射复合，从而造成造成其发光效率的降低，甚至是器件的不发光和失效等，其在具体应用环境中存在诸多问题。

发明内容

基于背景技术所述，本发明提出了一种具有光致发光特性的单晶硅、其制备方法及电子束在其制备中的应用，具有光致发光特性的单晶硅结构稳定，发光效率高，衰减时间长，作为一种新型的发光半导体材料其具有光用的应用前景。

本发明的第一个目的在于提出了一种具有光致发光特性的单晶硅，采用电子束对单晶硅表面进行脉冲轰击处理后获得，单晶硅发光光谱的波长在380~420 nm之间。

本发明的另一个目的在于提出了一种具有光致发光特性的单晶硅的制备方法，该方法包括以下步骤：

单晶硅清洗后吹干待用；

将上述单晶硅置于电子束发射装置中，对单晶硅表面进行脉冲轰击处理，获得具有光致发光特性的单晶硅。

电子束发射装置的电子束能量为23~26 KeV，脉冲轰击次数为1~30次。

单晶硅样品距电子束发射装置阴极电子枪的距离为5~10 cm。

单晶硅发光光谱的波长在380~420 nm之间。

另外，本发明还提出了电子束在制备具有光致发光特性的单晶硅的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：制备方法简单，制备的具有光致发光特性的单晶硅结构稳定，发光效率高，衰减时间长，作为一种新型的发光半导体材料其具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例中电子束轰击前单晶硅光学显微镜照片；

图2为本发明实施例中单晶硅表面经HCPEB轰击后不同倍率下的光学显微镜及扫描电子显微镜照片；

（a）光学显微镜下200倍，（b）扫描电镜下1500倍，（c）扫描电镜下5000倍，（d）扫描电镜下8000倍；

图3为图2（c）中EDS能谱图片；

图4为本发明实施例一单晶硅经HCPEB轰击后PL光谱曲线；

1、24.3KeV，轰击10次；2、26KeV，轰击1次；3、26KeV，轰击5次；4、26KeV，轰击20次；

图5为本发明实施例二单晶硅经HCPEB轰击后PL光谱曲线；

5、26KeV，轰击1次；6、26KeV，轰击10次；7、26KeV，轰击20次；

8、未轰击。