[发明专利]一种采用磁控溅射制备荧光碳化硅薄膜的方法

说明书

本发明涉及一种荧光碳化硅薄膜的制备方法。一种采用磁控溅射制备荧光碳化硅薄膜的方法，其特征是它包括如下步骤：(1)选择制备材料：选择单晶硅为衬底材料，选择碳化硅为溅射靶材，选择多孔阳极氧化铝为模板；(2)制备生长模板：将多孔阳极氧化铝模板转移到单晶硅衬底材料上，得到生长模板；(3)将生长模板送入磁控溅射器的真空腔内，溅射靶材选择碳化硅；(4)加温、沉积：单晶硅衬底材料的温度保持在25℃至600℃，升温速率为20摄氏度/分钟，单晶硅衬底材料的温度保持时间是1分钟至120分钟；多孔阳极氧化铝模板上生长碳化硅薄膜；得到荧光碳化硅薄膜。该方法具有制备工艺简单，镀膜速度快，膜层致密，附着性，重复性好等特点，并实现了蓝光、黄光、红光的全荧光发光。

技术领域

本发明涉及一种荧光碳化硅薄膜的制备方法，特别是指一种采用磁控溅射制备蓝光、黄光、红光的全发光荧光碳化硅薄膜的方法。

背景技术

碳化硅是第三代新型半导体材料，具有禁带宽，击穿电压大，饱和电子速高，耐高温，热导率高等特点，在高温、高压、高频等条件下具有优异的性能表现，传统的硅材料工作温度低于200℃，而碳化硅器件可以在500℃下持续工作。碳化硅半导体在微波器件，特别是制作下一代节能、高效、长时间工作的LED具有潜在的巨大的应用前景。

碳化硅是间接带隙半导体，电子空穴的复合需要声子参与，在室温下发光效率低下。如何改善发光特性以提高碳化硅的发光效率已成为目前的研究热点。

国内外为提高碳化硅的发光效率问题，利用外延薄膜生长方法，通过在制备过程中的参数调控，来改变发光性质。采用电化学腐蚀等外延生长方法获得多孔碳化硅材料，由于其特殊的纳米结构具有量子点效应，提高了碳化硅的发光效率。

磁控溅射(Magnetron sputtering)是一项制备薄膜的新技术，是一种物理气相沉积方法。其具有设备简单、易于控制、镀膜面积大、高速、低温、低损伤和附着力强等特点。

为了提高碳化硅的发光效率，利用磁控溅射方法，使用阳极氧化铝作为模板，制备具有光子晶体结构，并且蓝光、黄光、红光的全发光的荧光碳化硅薄膜是一种可行的研究方向。该荧光碳化硅薄膜的发光光谱接近于太阳光光谱，有望应用于高功率白光LED。该荧光碳化硅薄膜，通过发光光谱调制，也有望应用于红光，黄光等单色LED。

通过对国内外专利与期刊的查新结果表明：还没有利用磁控溅射制备蓝光、黄光、红光的全发光荧光碳化硅的专利与报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用磁控溅射制备荧光碳化硅薄膜的方法，该方法制备时间短、节能环保。

为了实现上述目的，本方法的技术方案是：一种采用磁控溅射制备荧光碳化硅薄膜的方法，其特征是它包括如下步骤：

(1)选择制备材料：选择单晶硅(硅单晶)为衬底材料，选择碳化硅为溅射靶材，选择多孔阳极氧化铝为模板；

(2)制备生长模板：取一片单晶硅衬底材料(即单晶硅)，将多孔阳极氧化铝模板转移到单晶硅衬底材料上，得到生长模板；

(3)将生长模板送入磁控溅射器(或称磁控溅射仪)的真空腔内，溅射靶材选择碳化硅，将真空腔内抽真空；

(4)加温、沉积(设置磁控溅射生长条件，如衬底材料升温速率，沉积温度，沉积时间，气体流量，沉积气压，射频溅射功率参数，生长碳化硅薄膜)：单晶硅衬底材料的温度保持在25℃至600℃，升温速率为20摄氏度/分钟，单晶硅衬底材料的温度保持时间是1分钟至120分钟(即沉积时间，或称溅射时间)；多孔阳极氧化铝模板上生长碳化硅薄膜；得到荧光碳化硅薄膜。

所述步骤(4)中，磁控溅射器(或称磁控溅射仪)的工作气体采用氩气，工作气压(或称溅射气压)为1Pa至10Pa，氩气流量是10sccm至100sccm。

所述步骤(4)的加温、沉积工艺中，射频溅射功率(即射频功率)是20W至300W。