一种发光碳化硅薄膜的制备方法技术

一种发光碳化硅薄膜的制备方法，涉及一种碳化硅薄膜。提供一种发光碳化硅薄膜性能好，工艺简单，成本低，可制作成高温、高频、大功率、耐辐射等极端器件以及ＳｉＣ集成电路、传感器等极端环境下工作核心光电子器件等的发光碳化硅薄膜的制备方法。以聚二甲基硅烷裂解的液相产物聚硅碳硅与乙酰丙酮铝升温反应后冷却，经溶解、过滤和蒸馏处理得先驱体聚铝碳硅烷，脱泡处理得连续聚铝碳硅烷自由原膜，再进行空气不熔化预氧化交联处理后预烧结：把经交联处理的连续聚铝碳硅烷自由原膜放入高温炉，升温，冷却后取出，得预烧结含铝碳化硅薄膜；交联处理后进行终烧，即得含铝碳化硅薄膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种碳化硅(SiC)薄膜，尤其是涉及一种用于光电子器件领域的含铝发光碳化硅薄膜的制备方法。
技术介绍
SiC作为一种极具发展潜力和广泛应用前景的重要的第三代宽带隙半导体材料，由于其具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率和化学稳定性、小介电常数和较高电子迁移率，以及抗辐射能力强、结实耐磨损等特性而成为制作高频、大功率、耐高温和抗辐射极端条件下器件的理想材料。SiC薄膜被认为是一种很优异的高温结构材料和耐火材料，除用作耐磨镀层外，还可用作薄膜热敏电阻器、光电子学和高温半导体器件，以及聚变堆的第一壁材料。因高温、高频、大功率以及抗辐射等方面的应用潜力而得到雷达、航空、航天等领域和光电子、微电子行业的重视。但是SiC薄膜迟迟不能在工业上大规模应用，其主要原因是一方面薄膜生长设备落后、工艺不成熟、SiC薄膜材料的制备困难等，薄膜质量始终达不到器件要求，目前还没有取得突破性进展。同时在器件制作上与现在已经成熟的硅器件制作工艺不兼容。利用SiC薄膜的宽禁带特征，即可产生波长短，频率高的光子，且其在低温下可以发射蓝光的性质，已有研究者成功制作了蓝光发光二极管(LED)。但是，此发光元件制作复杂，需借助基片，在SiC薄膜与衬底基片之间由于热膨胀系数与晶格不匹配，会造成SiC薄膜晶格缺陷密度高，势必会严重破坏元件的特性，使其发光效率降低，且使用寿命缩短。要获得高质量的外延SiC薄膜材料就需要尽量选择与SiC薄膜晶格匹配的衬底基片，如蓝宝石，或是n型SiC衬底，但此两种衬底材料昂贵。另一方面，由于SiC薄膜是间接带隙半导体材料，所制成的LED的发光效率非常低，碳化硅LED不能像氮化镓LED和磷化镓LED那样有效发光，要想实现光电集成，就必须具有能够高效发光和接收光信号的能力，因此需要研究能提高SiC薄膜发光效率的方法。目前已有许多方法，包括离子注入法、化学气相沉积(CVD)、物理气相输运(PVT)、液相外延生长(LPE)、分子束外延法(MBE)、离子体化学气相沉积(PECVD)、磁控反应溅射(RMS)和激光脉冲沉积(PLD)等被用来制备SiC薄膜。CVD生长技术的优势在于容易获得均匀平整的表面以及对外延层中的掺杂浓度可以控制，用CVD法制备的SiC膜的晶体结构和硬度与基材-->的温度密切相关，为了得到高质量的单晶膜，基体反应温度应保持在1000～1500℃。但CVD法的最大缺陷是成本高、价格贵，所得薄膜匹配性差、厚度粗、难以编织。而且需要利用刻蚀技术去除基片，才能得到应用于光电子器件领域质量较好的SiC薄膜。中国科学院半导体研究所陈诺夫等(中国专利CN 1594648A)专利技术了一种采用磁控溅射方法制备SiC薄膜的工艺，包括如下步骤：(1)选择硅(Si)单晶为衬底材料，选择SiC为靶材；(2)将Si单晶衬底材料送入磁控溅射仪；(3)加温，生长SiC薄膜；(4)退火；(5)完成制备SiC薄膜工艺。但该方法在控制生长温度、工作气体的成分、压力等参数方面具有很大困难，同样成本也较高，价格贵。威凯科技股份有限公司赖穆人等(中国专利CN 1501518A)专利技术了一种以3C-SiC做为一基板，并且利用磷化硼为此基板与磊晶层之间的缓冲层，其主要包括有：一SiC基板，一磷化硼缓冲层覆盖于SiC基板的上表面，第一型氮化镓束缚层覆盖于磷化硼缓冲层表面，活性层覆盖于第一型氮化镓束缚层表面及第二型氮化镓束缚层覆盖于活性层表面。具有减少制程复杂度、减少晶格不匹配及避免产生缺陷的功效。但此方法同样借助基板，无法根除晶格不匹配的难题。美国克里公司(中国专利CN 1019436)专利技术了包含有在SiC中形成的发光二极管，它发射介于约465至470nm，或介于约455至460nm，或介于约424至428nm波长的可见光。该二极管包含具有第一导电型的α型SiC的基片和在具有相同导电型的用作为基片的在基片上的α型SiC的第一外延层。一个在第一外延层上的α型SiC的第二外延层，具有与第一层相比相对高的导电型，并与第一外延层形成一个p-n结。该公司在另一专利技术(中国专利CN 1163014A)公开了一种由SiC制造外部效率增加了的发光二极管的方法，该方法包括在SiC一部分的一个方向上导向一激光束，和激光足以使得它撞击的SiC气化，藉此形成SiC部分的切割线。然后，干法刻蚀SiC部分以除去激光切割SiC部分时产生的副产品。但存在着激光的能量会损坏制造过程中的器件和副产品会使器件性能下降的缺点。此外，该公司(中国专利CN 02809205.8)在SiC衬底上形成了氮化镓基LED，采用导电类型的n型6H-SiC或4H-SiC衬底，其特点是：衬底具有导电性，同时可充当LED负极，与常规的LED工艺相容。该衬底材料要求的电阻率很小，需要掺杂高浓度的杂质降低电阻率，达到导电的目的，对蓝光和紫光是吸收的，但其透明性很差，从而限制了LED光输出效率的提高和大功率照明应用。美国路美光电公司(中国专利CN 1663055)基于未掺杂的内禀SiC衬底的发光二极管，在该SiC衬底上生长有：绝缘缓冲结构或集结成核结构、发光结构、窗口层、半透明的导电层、结合焊盘粘结层、p-型电极结合焊盘以及n-型电极结合焊盘。在一个实施例中，衬底的发-->光表面被粗糙处理，以使光发射最大化。美国卡斯西部储备大学M·梅雷加尼等(中国专利CN 1906735A)专利技术了一种沉积SiC和陶瓷薄膜的方法，公开了在基材上沉积陶瓷薄膜，特别是SiC薄膜的方法，其中残余应力、残余应力梯度和电阻率得到控制。还公开了具有沉积的薄膜的基材，所述薄膜具有上述这些可控制的性能。日本驹田大辅等(中国专利CN 02106299.4)专利技术了一种制造具有SiC膜的半导体器件的方法，采用了可以很容易地去除蚀刻阻止膜或SiC制成的硬掩膜的工艺。其具体的方法是，在半导体衬底上形成第一膜，第一膜由蚀刻抗力不同于SiC的绝缘材料制成。在第一膜上形成由加氢的SiC制成的第二膜。在第二膜上形成具有开口的光刻胶膜。通过以光刻胶掩膜作为蚀刻掩膜，并使用添加SF和NF3中的至少一个的碳氟化合物气体的混合气体，对第二膜进行干蚀刻；并且使用第二膜作为掩膜对第一膜进行蚀刻。但是这两种方法均借助基材进行沉积SiC薄膜，由于晶格失配和热膨胀系数失配等问题同样导致薄膜中存在大量失配应力引起的缺陷，无法得到致密的自由SiC薄膜。SiC薄膜的宽禁带特征被认为是比较有潜力的能够应用于高温、高压等极端条件下的第三代半导体发光材料，但是由于SiC薄膜的制备与器件的加工存在不少困难，容易产生传统的缺陷，质量差，并且发光效率低，成本过高，其应用始终受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在针对现有的在制备发光SiC薄膜上所存在的难题，即涂层与CVD生长技术所无法避免的传统的热膨胀系数与晶格失配的问题，薄膜缺陷多，需要利用刻蚀技术去除基片，以及SiC薄膜发光效率低等，提供一种所制得的发光碳化硅薄膜更具有优异的性能，且生产工艺简单，成本低，可制作成高温、高频、大功率、耐辐射等极端器件以及SiC集成电路、传感器等极端环境下工作核心光电子器件等的发光碳化硅薄膜的制备方法。本专利技术的技术方案是以聚二甲基硅烷(polydimethysilane，PDMS)裂解的液相产物聚硅碳硅(pol本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光碳化硅薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：　　　　１）以聚二甲基硅烷裂解的液相产物聚硅碳硅与乙酰丙酮铝在氮气保护下升温反应，反应结束后冷却至室温，经溶解、过滤和蒸馏处理得到淡黄色树脂状含铝的先驱体聚铝碳硅烷，以聚二甲基硅烷裂解的液相产物聚硅碳硅与乙酰丙酮铝的质量比为１００∶４～８；　　　　２）对聚铝碳硅烷进行脱泡处理：将固体聚铝碳硅烷放入纺膜装置中的喷膜料桶中，装入碳化硅薄膜成型装置，将盛有固体聚铝碳硅烷的碳化硅薄膜成型装置放入真空炉内，设置温度为３２０～３５０℃，取出ＳｉＣ薄膜纺膜装置后，将熔融的聚铝碳硅烷放入熔融纺丝机，设置纺膜温度３００～３３０℃，然后进行纺聚铝碳硅烷薄膜，在喷膜口处得连续聚铝碳硅烷自由原膜；　　　　３）将连续聚铝碳硅烷自由原膜进行空气不熔化预氧化交联处理；　　　　４）交联处理后进行预烧结：把经过交联处理过的连续聚铝碳硅烷自由原膜放在石墨纸载样台上，再放入高温炉内，通入惰性气体保护，升温至８００～１０００℃，冷却后取出，即得预烧结含铝碳化硅薄膜；　　　　５）交联处理后进行终烧：把经过交联处理过的连续聚铝碳硅烷自由原膜放在石墨纸载样台上，再放入高温炉内，通入惰性气体保护，升温至１６００～１９００℃，冷却后取出，即得含铝碳化硅薄膜。...

【技术特征摘要】
1.一种发光碳化硅薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)以聚二甲基硅烷裂解的液相产物聚硅碳硅与乙酰丙酮铝在氮气保护下升温反应，反应结束后冷却至室温，经溶解、过滤和蒸馏处理得到淡黄色树脂状含铝的先驱体聚铝碳硅烷，以聚二甲基硅烷裂解的液相产物聚硅碳硅与乙酰丙酮铝的质量比为100∶4～8；2)对聚铝碳硅烷进行脱泡处理：将固体聚铝碳硅烷放入纺膜装置中的喷膜料桶中，装入碳化硅薄膜成型装置，将盛有固体聚铝碳硅烷的碳化硅薄膜成型装置放入真空炉内，设置温度为320～350℃，取出SiC薄膜纺膜装置后，将熔融的聚铝碳硅烷放入熔融纺丝机，设置纺膜温度300～330℃，然后进行纺聚铝碳硅烷薄膜，在喷膜口处得连续聚铝碳硅烷自由原膜；3)将连续聚铝碳硅烷自由原膜进行空气不熔化预氧化交联处理；4)交联处理后进行预烧结：把经过交联处理过的连续聚铝碳硅烷自由原膜放在石墨纸载样台上，再放入高温炉内，通入惰性气体保护，升温至800～1000℃，冷却后取出，即得预烧结含铝碳化硅薄膜；5)交联处理后进行终烧：把经过交联处理过的连续聚铝碳硅烷自由原膜放在石墨纸载样台上，再放入高温炉内，通入惰性气体保护，升温至1600～1900℃，冷却后取出，即得含铝碳化硅薄膜。2.如权利要求1所述的一种发光碳化硅薄膜的制备方法，其特征在于在步骤1)中，在氮气保护下升温反应的温度为400～500℃，升温后保温4～6h。3.如权利要求1所述的一种发光碳化硅薄膜的制备方法，其特征在于在步骤1)中，以聚二甲基硅烷裂解的液相产物聚硅碳硅与乙酰丙酮铝的质量比为100∶5～6。4.如权利要求1所述的一种发光碳化硅薄膜的制备方法，其特征在于在步骤2)中，设置升温的程序为100min温度从室温升至...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯祖德，姚荣迁，张冰洁，余煜玺，林宏毅，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]