[发明专利]一种以高压氢钝化提高光增益的硅纳米晶的制备方法

摘要

本发明具体为一种以高压氢钝化提高光增益的硅纳米晶的制备方法。本发明借助半导体电子电路领域较为常见的氢钝化原理，以氢气为材料处理的基本原料，并以适当加温和高圧密封为手段，实现材料钝化。硅纳米晶作为一种全硅发光材料，其制备过程会产生大量缺陷中心。高压氢钝化能够有效对发光材料中的部分缺陷进行饱和与消除，减少非辐射复合中心，从而实现显著增加纳米晶体硅发光强度以及光增益的效果，提高光增益的纳晶硅材料可用于新型硅激光器的研制。本发明提出了一种不同于传统高温氢钝化以及等离子体氢钝化的氢钝化方法，该工艺不需维持高温，也不需经过等离子体放电过程，对材料发光增强效果显著，并且成本低廉、操作简单、安全可控。

主权项

1.一种以高压氢钝化提高光增益的硅纳米晶的制备方法，其特征在于，首先制备平整均匀的硅纳米晶薄膜，再利用预加热的高压反应釜在密封条件下通入高纯氢气并维持若干天进行硅纳米晶的钝化处理；其具体操作流程为：（1）选取两面抛光的石英基片作为衬底，清洗去除衬底表面杂质；（2）在衬底上旋涂硅纳米晶前驱体材料HSQ光刻胶薄膜；（3）将HSQ光刻胶薄膜置于恒温加热炉中烘烤固化；（4）将带有光栅的HSQ光刻胶薄膜基片置于经过清洗的石英基板上，然后将其放入石英退火炉中，通入H2和N2混合气体；（5）将石英退火炉由室温升温至1000~1150℃，升温时间为40~60min，在此温度下保持50~90min；（6）取出经退火处理的样品；（7）置于恒温高压反应釜内，均匀受力旋转螺母密封高压反应釜；（8）打开机械泵抽取高压反应釜内空气；（9）打开通气阀充入高纯氢气到5~15bar；（10）打开高压反应釜加热装置，设置加热温度为100~300℃，升温时间为1~3h；（11）维持样品在高压反应釜中持续钝化24~240h；（12）关闭加热装置待冷却，打开放气阀，打开高压反应釜取出纳米晶体硅。