[发明专利]p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜，其特征在于：包括 6层硅量子点薄膜（4-1）和7层碳化硅薄膜（4-2），每两层硅量子点薄膜（4-1）厚度一致，有三种厚度规格，相同厚度规格的硅量子点薄膜（4-1）相邻，从一侧到其相对侧，每两层硅量子点薄膜（4-1）的厚度依次变小，相邻的碳化硅薄膜（4-2）之间垫有一层硅量子点薄膜（4-1），形成夹层结构。

2.根据权利要求1所述的p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜，其特征在于：所述硅量子点薄膜（4-1）的厚度依次为8 nm、4 nm和2 nm，所述碳化硅薄膜（4-2）的厚度为2 nm。

3.p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）选取n型硅衬底（2），通入流量为20 sccm的氢气，在射频功率为20 W的条件下进行预处理5分钟；

（2）将反应腔抽至真空，通入甲烷（CH₄）和硅烷（SiH₄）的混合气体作为反应气体，固定反应气体流量比R=[CH4]/[SiH4] = 50 sccm : 5 sccm，制备非晶碳化硅薄膜，直到沉积薄膜的厚度为2 nm，即2 nm厚的碳化硅薄膜；

（3）将反应腔抽至真空，通入硅烷（SiH₄）和硼烷（B₂H₆）混合气体作为反应气体，固定反应气体流量比R=[B₂H₆]：[SiH₄] = 3 sccm : 5 sccm，沉积硼掺杂非晶硅薄膜，沉积时间为80 s，在2 nm厚的碳化硅薄膜上沉积薄膜厚度为8 nm，即8 nm厚的硅量子点薄膜；

（4）重复步骤（2）和（3），沉积得到交替的2 nm厚的碳化硅薄膜、8 nm厚的硅量子点薄膜、2 nm厚的碳化硅薄膜和8 nm厚的硅量子点薄膜；

（5）重复步骤（2），在步骤（4）得到的薄膜上沉积一层2 nm厚的碳化硅薄膜；

（6）将步骤（3）沉积时间变为40 s，在步骤（5）得到薄膜上沉积厚度为4 nm的硼掺杂非晶硅薄膜，即4 nm厚的硅量子点薄膜；

（7）重复步骤（5）和（6），在步骤（6）制得的薄膜上沉积2 nm厚的碳化硅薄膜和4 nm厚的硅量子点薄膜；

（8）重复步骤（2），在步骤（7）得到的薄膜上沉积一层2 nm厚的碳化硅薄膜；

（9）将步骤（3）沉积时间变为 20 s，在步骤（8）得到的薄膜上沉积厚度为2 nm的硼掺杂非晶硅薄膜，即2 nm厚的硅量子点薄膜；

（10）重复步骤（8）和（9），在步骤（9）得到的薄膜上再次沉积2 nm厚的碳化硅薄膜和2nm厚的硅量子点薄膜；

（11）重复步骤（2），在步骤（10）得到的薄膜上沉积一层2 nm厚的碳化硅薄膜，最终沉积了硼掺杂非晶硅子层厚度自下而上分别为8 nm、4 nm和2 nm的硼掺杂非晶硅/非晶碳化硅渐变结构多层膜。

4.根据权利要求1所述的p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜的制备方法，其特征在于：在进行步骤（2）—（11）过程中， n型硅衬底（2） 温度维持在250 °C，射频功率为30 W。

5.根据权利要求1所述的p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜的制备方法，其特征在于：完成步骤（11）后，制备的硼掺杂非晶硅/非晶碳化硅渐变结构多层膜样品进行恒温脱氢处理，使多层薄膜中所含有的大量氢平稳脱出薄膜，恒温脱氢处理温度为450 °C，时间为1小时，

接下来，对经过脱氢处理的样品进行高温退火处理，由于限制性晶化原理，硼掺杂非晶硅子层中结晶成核，在纵向上受到两侧碳化硅层的限制，形成尺寸可控的硅量子点，退火温度为1000 °C，时间为 1 小时，

为保证p型叠层渐变带隙硅量子点多层膜（4）在高温处理过程中不被氧化，脱氢和退火过程均在高纯氮气氛围下进行。