[发明专利]一种纳米孔复制结合溅射沉积自组装有序Ge/Si量子点阵列的新方法

权利要求书

1.一种纳米孔复制结合离子束溅射沉积大面积有序Ge/Si量子点阵列的方法，其特征在于工艺包括：超薄Si基阳极氧化铝（AAO）模板的制备、纳米孔复制和采用离子束溅射沉积方法在图案衬底表面自组装均匀、有序的Ge量子点阵列，并可通过改变阳极氧化条件制备得到直径和分布周期不同的Si基AAO，对量子点尺寸在50-100纳米和量子点的分布周期在100-200纳米的范围可控；

工艺步骤为：

（1）在Si衬底上生长厚度为1.5-2微米的金属Al膜，并且用表面纳米柱周期性分布的石英模板挤压Al膜进行预织构化，采用二次电化学阳极氧化Al膜制备得到大面积范围内纳米孔高度均匀、有序分布的Si 基AAO，纳米孔的直径在50-120纳米范围，AAO膜的厚度小于100纳米；

（2）采用反应离子束刻蚀的方法将AAO均匀有序分布的纳米孔阵列复制到Si衬底，湿化学方法除去衬底表面的AAO，并清洗纳米孔有序分布的图案衬底；

（3）然后，采用离子束溅射在图案衬底表面沉积Ge量子点，首先沉积厚度为40-60纳米的Si缓冲层，然后分两步沉积12单原子层厚度的Ge，最后沉积Si覆盖层。

2.根据权利要求1所述的纳米孔复制结合离子束溅射沉积大面积有序Ge/Si量子点阵列的方法，其特征在于所述步骤（1）具体为：

首先在经过标准的Shiraki方法处理过的Si衬底表面溅射生长厚度为1.5-2微米的金属Al膜，接着用表面纳米柱周期性分布的石英模板挤压Al膜进行预织构化，在Al表面形成深度为20纳米左右周期分布的压痕，用来引导Al膜的阳极氧化，然后，直接对预织构化的Al膜进行第一次电化学阳极氧化，阳极氧化的条件是0.3-0.4 摩尔/升的草酸电解液，电压为40-80伏，温度为0℃，氧化一定时间后，将第一次氧化得到的AAO在60℃的H₂CrO₄质量百分浓度为1.8%和H₃PO₄质量百分浓度为6.0%的H₂CrO₄- H₃PO₄混合溶液中浸泡除去，然后进行第二次阳极氧化，阳极氧化的条件与第一次阳极氧化的条件相同;在总氧化时间一定的条件下，调节两次阳极氧化的时间比例，控制AAO的最终厚度，在Si衬底上制备得到最终厚度小于100纳米的多孔AAO超薄膜，AAO表面高度均匀有序的纳米孔呈六角对称分布。

3.根据权利要求1所述的纳米孔复制结合离子束溅射沉积大面积有序Ge/Si量子点阵列的方法，其特征在于所述步骤（2）具体为：

在0℃用饱和的CuSO₄溶液除去两次阳极氧化中未被腐蚀的Al，在35℃质量百分浓度为3.5%的H₃PO₄溶液中浸泡去处阻挡层，经去离子水反复冲洗后自然晾干；然后采用O₂和SF₆混合气体的反应离子束刻蚀将有序的纳米孔阵列复制到 Si衬底，O₂和SF₆的流量分别为5标准毫升/分钟和30标准毫升/分钟，反应气体的压强为1帕，射频功率为50瓦， 刻蚀时间为2分钟，在Si衬底表面形成深度约为20纳米的纳米孔阵列，并且直径和分布对称性与AAO的纳米孔保持一致。

4.根据权利要求1所述的纳米孔复制结合离子束溅射沉积大面积有序Ge/Si量子点阵列的方法，其特征在于，步骤（3）所述湿化学方法除去Si图案衬底表面的AAO，同时清洗衬底的方法是：首先在H₂SO₄和H₂O₂体积比为4:1溶液中浸泡10分钟，然后在80℃且NH₃· H₂O和H₂O₂和H₂O的体积比1:1:5的溶液中水浴15分钟，在80℃且H₂O₂和HCl和H₂O的体积比为1:1:5的溶液中水浴15分钟，去离子水冲洗后在质量百分浓度为5%的HF溶液中漂洗60秒。