用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法及装置。本发明专利技术在非晶硅薄膜上用电子束辐照进行晶化，以生长纳米硅结构，这样的方式具有纳米硅生长速度快、纳米形貌尺寸可控与尺度分布范围较窄等优点。可用于制备发光量子点材料，发光效果很好。本发明专利技术方法简单，易于实施，成本低廉，使用效果好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体照明及纳米光子材料与器件
，尤其是一种用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法及装置。
技术介绍
目前，我们正处于后信息时代，其特点是由电子信息阶段过渡到光子信息阶段，现在已经完成以光子为信息载体的转换过程，如已经实现全光的光纤通信和光通信。当今的发展进入芯片上的光电子集成与芯片级的全光化，这是实现光量子信息处理和光量子信息计算的关键，而在硅芯片上制备纳米硅结构是一项瓶颈性的工作。众所周知，建立在硅基上的微电子信息产业高度发达，但是受尺寸与功耗的限制，摩尔定律已经到了适用范围的极限。科学家们试图在硅基上建立起全新的光量子信息处理系统，取代现在的微电子信息系统，实现信息时代革命性的跨越。这里，我们要解决的关键性问题是：在硅芯片上制备包括量子点和量子面纳米结构的有很好发光性质的材料，寻找好的制备纳米硅的方法与过程是重要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法及装置，它具有纳米硅生长速度快、纳米形貌尺寸可控与尺度分布范围较窄等优点，且发光效果很好。。本专利技术是这样实现的：用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，在非晶硅薄膜上用电子束辐照进行晶化，生长纳米硅结构；所述的纳米硅结构包括硅量子点或硅量子面结构。具体如下步骤：1）预处理：对单晶硅片进行P型掺杂，形成电阻率2～20Ω·cm的硅片，清洗除去硅表面在空气中形成的氧化硅层，并制备出非晶硅薄膜； 2）在真空氩气氛围中用电子束辐照作用在非晶硅薄膜上；3）控制电子束的加速电压为180-220KV，束流密度为0.4-0.6nA/nm2，在确定电子束流密度的条件下控制辐照作用的时间，时间为5-10分钟开始晶化，时间为10-20分钟形成硅量子点，时间为30分钟以上行程大块的晶体。将步骤3）获得的产品置入脉冲激光沉积法装置中，通过采用不同的掺杂氛围或掺杂靶材，获取不同表面掺杂的非晶硅薄膜，再用电子束辐照作用，电子束的加速电压为180-220KV，束流密度为0.4-0.6nA/nm2，获得不同掺杂的产品。步骤1）所述的制备出非晶硅薄膜采用脉冲激光沉积法制备。步骤2）中所述的真空度为10-8Pa。电子束作用装置，包括真空腔，在真空腔的顶部设有场发射电子枪，在场发射电子枪的下方设有样品台，场发射电子枪能对焦于样品台上。由于采用了以上技术方案，本专利技术在非晶硅薄膜上用电子束辐照进行晶化，以生长纳米硅结构，这样的方式具有纳米硅生长速度快、纳米形貌尺寸可控与尺度分布范围较窄等优点，且发光效果很好。本专利技术方法简单，易于实施，成本低廉，使用效果好。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的实施例1的产品电镜扫描图；图3为本专利技术的实施例2的产品电镜扫描图；图4为本专利技术的实施例3的产品电镜扫描图；图5为本专利技术的实施例的产品的发光特性。具体实施方式本专利技术的实施例1：用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，具体如下步骤：1）预处理：对单晶硅片进行P型掺杂，形成电阻率2～20Ω·cm的硅片，清洗除去硅表面在空气中形成的氧化硅层，并制备出非晶硅薄膜； 2）在真空氩气氛围中用电子束辐照作用在非晶硅薄膜上；3）控制电子束的加速电压为200KV，束流密度为0.5nA/nm2，在确定电子束流密度的条件下控制辐照作用的时间，时间为20分钟，形成硅量子点，如图2所示。本专利技术的实施例2：用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，具体如下步骤：步骤1）-3）同实施例1；4）将步骤3）获得的产品置入脉冲激光沉积法装置中，对产品进行氮的掺杂后，再用电子束辐照作用，电子束的加速电压为200KV，束流密度为0.5nA/nm2，获得获得掺氮量子点，如图3所示。本专利技术的实施例3：用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，具体如下步骤：步骤1）-3）同实施例1；4）将步骤3）获得的产品置入脉冲激光沉积法装置中，对产品进行镱的掺杂后，再用电子束辐照作用，电子束的加速电压为200KV，束流密度为0.5nA/nm2，获得获得掺镱量子点，如图3所示。本专利技术的实施例4：用于实施例1-3中进行电子束作用的电子束作用装置，包括真空腔1，在真空腔1的顶部设有场发射电子枪2，在场发射电子枪2的下方设有样品台3，场发射电子枪2能对焦于样品台3上。使用过程中，将需要电子束作用的样品放在样品台3上，关闭真空腔1，然后开始进行抽真空处理，达到要求后，使场发射电子枪2对焦于样品台3上，启动场发射电子枪2开始作用。将实施例1-3的产品用光致荧光PL谱仪检测电子束辐照作用后晶化的纳米硅的发光特性。结果如图5所示。结果证明，实施例1-3的产品具有纳米形貌尺寸可控与尺度分布范围较窄的优点，而且产品的发光效果很好。本专利技术所述并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本专利技术的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本专利技术的技术创新范围。显然本领域的技术人员可以对本专利技术进行各种改动和变型而不脱离本专利技术的精神和范围。这样，倘若本专利技术的这些修改和变型属于本专利技术权利要求及其等同技术范围内，则本专利技术也意图包含这些改动和变型在内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，其特征在于：在非晶硅薄膜上用电子束辐照进行晶化，生长纳米硅结构；所述的纳米硅结构包括硅量子点或硅量子面结构。

【技术特征摘要】
1.一种用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，其特征在于：在非晶硅薄膜上用电子束辐照进行晶化，生长纳米硅结构；所述的纳米硅结构包括硅量子点或硅量子面结构。2.根据权利要求1所述的用电子束作用在硅材料上制备纳米硅结构的方法，其特征在于：具体如下步骤：1）预处理：对单晶硅片进行P型掺杂，形成电阻率2～20Ω·cm的硅片，清洗除去硅表面在空气中形成的氧化硅层，并制备出非晶硅薄膜；2）在真空氩气氛围中用电子束辐照作用在非晶硅薄膜上；3）控制电子束的加速电压为180-220KV，束流密度为0.4-0.6nA/nm2，在确定电子束流密度的条件下控制辐照作用的时间，时间为5-10分钟开始晶化，时间为10-20分钟形成硅量子点，时间为30分钟以上行程大块的晶体。3.根据权利要求2所述的用电子束作用在硅材料上制备纳米硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟其，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52