[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

摘要

本发明提供一种在Si衬底上溅射沉积大面积均匀、有序Ge量子点阵列的自组装生长方法，包括超薄Si基阳极氧化铝（AAO）的制备、纳米孔复制制备图案衬底和采用离子束溅射的方法在图案衬底表面自组织生长均匀、有序的Ge量子点阵列。控制离子束溅射沉积温度、离子束流电压、缓冲层厚度获得与图案衬底相匹配的量子点生长工艺，使Ge量子点以纳米孔为成核中心，均匀、有序地生长。制备得到尺寸均匀的Ge量子点在Si衬底表面呈六角对称分布，量子点直径可调。该方法有效解决了自组织Ge/Si量子点分布位置随机无序，尺寸不均匀、可控性差、制备成本高的不足，实现了大面积、均匀有序的小尺寸Ge量子点阵列的低成本制备。可用于硅基量子点发光器件、量子点光电探测器、高效量子点太阳电池等器件的制造。

主权项

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。