一种基于Fe制造技术

本发明专利技术是制成一种基于Fe+/Si+复合注入SOI材料的近红外室温发光器件，属于光电子技术领域。本发明专利技术的发光器件在近红外波段室温发光，发光器件结构从下到上分别是SOI结构材料→p+型Si下电极层→复合注入发光有源层→n+型Si上电极层。本发明专利技术的优点在于：1、采用SOI材料作为衬底来制作器件使其具有SOI材料所具备所有电学性能的优势，而离子复合注入的区域和发光有源层在SOI材料的顶层硅薄膜层。2、采用Fe+/Si+复合注入，促使填隙Si+离子与Fe+离子成键，从而增强中间带上的激子荧光失活能。3、获得的器件能在室温下稳定发光。4、本发明专利技术所用工艺简单、成本较低、且节能无污染。

One based on Fe

The invention is a near infrared room temperature luminous device based on Fe+/Si+ composite injection SOI material, belonging to the field of optoelectronic technology. The light emitting device of the invention is at the near infrared band room temperature, and the structure of the light emitting device is SOI structure material, p+ type Si electrode layer, composite injection luminescent active layer and n+ Si electrode layer, respectively. The advantages of the invention are as follows: 1. The SOI material is used as the substrate to make the device to have the advantages of all the electrical properties of the SOI material, and the ion compound injection region and the luminescent active layer are in the top layer silicon film layer of the SOI material. 2. The exciton fluorescence inactivation energy in the intermediate band is enhanced by Fe+/Si+ implantation. 3, the obtained devices can be stable at room temperature. 4. The invention has simple process, low cost, and energy saving and no pollution.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Fe+/Si+复合注入SOI材料的近红外室温发光器件
本专利技术涉及采用一种近红外室温发光器件，具体涉及向SOI材料中复合注入Fe+/Si+，再经过退火处理形成室温下高效发光器件。属于光电子

技术介绍
硅材料在地球上储能丰富，同时它也是整个半导体微电子学的载体和基石。近几年来，人们致力于将光电子和微电子结合起来，开发硅基大规模光电子集成技术；因为硅基光电材料与其它光电材料相比具有易于兼容和集成的优点，还具有成本低廉、可靠性高以及功能扩展性强等特点，这使得硅是实现光电子—微电子集成工程的最佳候选材料。然而，硅是间接带隙半导体，其带与带之间的光学跃迁必须借助声子来实现，这大大降低了硅材料的光学效率；另外声子的参与往往也导致硅中的辐射复合寿命高达毫秒量级，从而降低了硅光电器件的响应效率。所以，近些年来，人们一直在为增强硅材料的发光而进行不断地探索。我们知道，目前半导体照明光源已经在PDA背光源、交通信号灯、商业大屏幕等领域得到广泛的应用，它们具有饱满色光、无限混色、迅速切换、耐震、耐潮、冷温、超长寿、少维修等突出的优点，这使得半导体光源成为全球最热门、最瞩目的光源。目前硅材料的半导体发光器件还需要解决提高外量子效率，室温下稳定工作，提高器件使用寿命，降低成本等问题。因此，还需要做更多的研究和探索。经文献检索，未见与本专利技术相同的公开报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过Fe+/Si+复合注入SOI材料，促使填隙Si+离子与Fe+离子成键，从而增强中间带上的激子荧光失活能，再进行一定温度的退火操作后得以获得亮度强、稳定性好、能在室温下工作的发光器件。本专利技术中选择使用的SOI材料被称为是21世纪最有前景的新型硅基材料。利用SOI材料作为衬底制作器件拥有结电容和漏电流小、开关速度高、功耗低等优势。在光学性能上，因为SOI这种结构中SiO2和Si的折射率不相同，使得它具有特殊的光学性能；另外，SOI衬底中生长量子尺寸的发光中心可以有效地对发射光谱进行修饰。从而提高了其发光器件的发光效率。本专利技术的发光器件的制备方法具体包括如下步骤：（1）采用RCA标准清洗法对SOI基片进行清洗；（2）采用离子注入机首先将Fe+离子注入SOI硅薄膜层，离子束入射方向与硅薄膜表面法线成7°，整个过程在真空环境下进行，Fe+离子注入剂量1×1013cm-2～1×1014cm-2，注入能量为100keV-150keV。（3）采用离子注入机再进行Si+离子复合注入SOI硅薄膜层，离子束入射方向与硅薄膜表面法线成7°，整个过程在真空环境下进行，Si+离子注入剂量5×1017cm-2～1×1018cm-2，注入能量为40keV-60keV。（4）采用快速退火炉在N2气氛下对复合注入后的SOI材料采取快速退火处理，退火温度为300℃～500℃，退火时间为1min-30min。（5）将退火处理后的SOI材料制成发光器件。本专利技术的优点在于：1、采用SOI材料作为衬底来制作器件使其具有SOI材料所具备所有电学性能的优势，而离子复合注入的区域和发光有源层在SOI材料的顶层硅薄膜层。2、采用Fe+/Si+复合注入，促使填隙Si+离子与Fe+离子成键，从而增强中间带上的激子荧光失活能。3、获得的器件能在室温下稳定发光。4、本专利技术所用工艺简单、成本较低、且节能无污染。附图说明图1：发光器件结构。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步描述。实施例1：本实例所述通过向SOI材料的顶层硅薄膜层中复合注入Fe+/Si+，再进行快速退火处理后获得近红外室温发光器件，具体步骤如下：步骤1：选取顶层晶向为（100）的P型Si薄膜的SOI基片，并用RCA标准清洗法对其进行清洗；步骤2：采用离子注入机先将Fe+离子注入SOI材料的顶层硅薄膜层，离子束入射方向与硅薄膜表面法线成7°，整个过程在真空环境下进行，Fe+离子注入剂量1×1013cm-2，注入能量为110keV。步骤3：采用离子注入机再进行Si+离子复合注入SOI材料的顶层硅薄膜层，Si+离子注入剂量5×1017cm-2，注入能量为50keV；复合注入完成后，再将Se+离子注入该层，Se+由于扩散作用将形成n+型层。离子束入射方向与硅薄膜表面法线成7°，整个过程在真空环境下进行。步骤4：对复合注入后的SOI材料在N2的环境下进行快速退火处理，退火温度为300℃，退火时间为30min。步骤5：对退火处理后的SOI材料进行离子束刻蚀，与原始的顶层p+型Si接触的金属电极材料为Al，与注入Se+离子形成的n+型层的Si接触的金属电极材料为Au。实施例2：步骤1、步骤2、步骤4、步骤5与实施例1相同；步骤3不同之处为：Si+离子注入剂量6×1017cm-2，注入能量为50keV。实施例3：步骤1、步骤2、步骤4、步骤5与实施例1相同；步骤3不同之处为：Si+离子注入剂量7×1017cm-2，注入能量为50keV。实施例4：步骤1、步骤2、步骤4、步骤5与实施例1相同；步骤3不同之处为：Si+离子注入剂量8×1017cm-2，注入能量为50keV。实施例5：步骤1、步骤2、步骤4、步骤5与实施例1相同；步骤3不同之处为：Si+离子注入剂量9×1017cm-2，注入能量为50keV。实施例6：步骤1、步骤2、步骤4、步骤5与实施例1相同；步骤3不同之处为：Si+离子注入剂量1×1018cm-2，注入能量为50keV。实施例7：步骤1、步骤2、步骤3、步骤5与实施例1相同；步骤4不同之处为：退火温度为400℃，退火时间为30min。实施例8：步骤1、步骤2、步骤3、步骤5与实施例1相同；步骤4不同之处为：退火温度为500℃，退火时间为30min。实施例9：步骤1、步骤2、步骤3、步骤5与实施例1相同；步骤4不同之处为：退火温度为400℃，退火时间为10min。实施例10：步骤1、步骤2、步骤3、步骤5与实施例1相同；步骤4不同之处为：退火温度为500℃，退火时间为10min。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Fe+/Si+复合注入SOI材料的近红外室温发光器件，其特征在于本专利技术的发光器件在近红外波段室温发光，发光器件结构从下到上分别是SOI结构材料→p+型Si下电极层→复合注入发光有源层→n+型Si上电极层。

【技术特征摘要】
1.一种基于Fe+/Si+复合注入SOI材料的近红外室温发光器件，其特征在于本发明的发光器件在近红外波段室温发光，发光器件结构从下到上分别是SOI结构材料→p+型Si下电极层→复合注入发光有源层→n+型Si上电极层。2.本发明的发光器件经以下步骤得到：采用离子注入机首先向SOI材料的顶层硅薄膜层注入Fe+离子，注入剂量1×1013cm-2～1×1014cm-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王茺，周蒙薇，欧阳凌曦，陈冬阳，杨杰，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南,53