[发明专利]一种基于异质叠层非晶薄膜供给的平面锗硅及相关纳米线生长形貌和组分调控的方法

摘要

一种利用叠层非晶前驱体层制备异质或合金半导体纳米线的方法，以硅锗体系为例，通过非晶硅(a‑Si)/非晶锗(a‑Ge)叠层薄膜作为前驱体，制备出自发相分离的硅锗岛链纳米线结构，采用叠层非晶薄膜作为前驱体层，通过金属液滴的吸收和平面纳米线生长过程，实现自发相分离的平面硅锗纳米线，其形貌可通过叠层的厚度以及叠加次序加以控制，调控为硅锗岛链结构；其中，当非晶锗层处于底部即a‑Si/a‑Ge结构时，硅锗纳米线中较宽的岛区为锗高浓度区域，而较细的纳米线连接为硅高浓度区域；或通过相反的叠加次序实现直径较为均匀的硅锗合金纳米线结构，或者其中包涵微区间隔的“硅‑锗”交替区域结构。

主权项

1.一种利用叠层非晶前驱体层制备异质半导体纳米线的方法，在硅锗体系中，通过非晶硅a-Si/非晶锗a-Ge叠层薄膜作为前驱体，制备出自发相分离的硅锗岛链纳米线结构，其特征在于：采用非晶硅a-Si/非晶锗a-Ge叠层薄膜作为前驱体层，通过金属液滴的吸收和平面纳米线生长过程，实现自发相分离的平面硅锗纳米线，其形貌通过叠层薄膜的厚度以及叠加次序加以控制，调控为硅锗岛链结构；其中，当非晶锗层处于底部即a-Si/a-Ge结构时，硅锗纳米线中宽的岛区为锗高浓度区域，而细的纳米线连接为硅高浓度区域；步骤如下，1）在平整的衬底上，利用光刻图案生成技术，蒸镀In、Sn或In、Sn合金金属膜，金属膜厚度在20nm_~200nm；2）将上述样品置于PECVD系统内，在温度200℃-500℃，氢气等离子体处理样品2-10分钟后，金属膜会形成呈现出正态分布的催化金属颗粒；金属颗粒径为30-400nm；3）PECVD系统中，首先沉积第一层半导体材料4-5纳米的非晶锗，再次沉积第二种半导体材料非晶硅，形成异质叠层前驱体；4）在真空中或者氢气、氮气氛围下退火、温度在250-600℃，催化金属颗粒会被激活，自发吸收非晶锗与非晶硅，并自适应析出锗富集岛状平面硅锗异质结纳米线，同时直径、组分发生周期性的跃升，锗的含量与结的尺度通过锗层厚度以及催化液滴的直径来实现调控。/n