有机硅纳米簇及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种有机硅纳米簇组合物及其制造方法，还具体公开了利用该有机硅纳米簇形成的硅薄膜和氧化硅薄膜，以及包括这些膜的电子器件。该有机硅纳米簇能溶于有机溶剂中，用Ｔａｕｃ绘图法测量的其在有机溶剂中的溶液的带隙在３ｅＶ－１．２ｅＶ之间。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机硅纳米簇化合物、其制造方法及其在电子器件中的应用。为了将非晶硅用作太阳能电池的材料和TFT-LCD中的驱动部分，进行了研究和探索。然而，由于现有技术中，用汽相方法生产非晶硅，所以在降低其生产成本和扩大其应用尺寸方面存在很多问题。关于降低生产成本和增大可应用的尺寸方法的探索，为了得到高性能的有机材料，对有机硅烷化合物进行了广泛的研究。尽管许多研究一般针对具有直链的聚硅烷以克服上述问题，但这种材料在稳定性方面还存在问题。聚硅烷作为低维硅烷化合物系中的一种，预计可以满足合适半导体特性的不同需要，但至今没有合适的p-n控制的有效方法。关于一维系中的材料，即便例如磷或硼等杂质分子引入所说材料中主链的骨架中，也只是得到了令人失望的结构。由于这种引入仅在所说材料中留下了俘获点。关于把路易斯酸或路易斯碱掺杂到所说材料中，这种掺杂造成了所说材料稳定性的极大降低。另外，具有直链的聚硅烷化合物不能用作硅树脂的前体；是由于所说聚硅烷化合物在消除所说化合物中的有机基团的热处理中汽化，同时其主链发生分解。网状聚硅烷是一种具有分枝硅链的聚硅烷化合物，它溶于有机溶剂，能够容易形成薄膜。然而，与所说直链化合物系相比，这种薄膜没有表现出任何半导体性能的提高，这是由于所说薄膜侧链的取代有机基团妨碍了载流子在硅骨架间的运动。由于这种材料具有提供优异的耐热性的网状结构，网状聚硅烷还允许利用热处理形成非晶硅薄膜。然而，所说非晶硅薄膜有一些问题。即由于该薄膜包括大量剩余有机基团取代基，与原始非晶硅的特性相比，其性能很差；并且没有用磷或硼掺杂它的有效方法。相反地，利用t-butyroctasilacubane作前体的热处理可以产生具有与现有技术中汽相法得到的常规非晶硅相同性能的非晶硅。然而，由于所说t-butyroctasilacubane是结晶化合物，其薄膜只能利用汽相淀积法得到，所说膜的厚度也不够均匀。如上所述，没有任何工艺能够简单且有效地生产薄膜非晶硅。另一方面，在集成电路工业中，光刻时射线的工作波长现已移到了分辨率更细的更短波长，以期实现更高集成度。到目前为止，光刻已使用了g-线(波长436nm)，一种通常由用于处理的汞灯产生的特征光线。但近来，为了更有利于细分辨率，已广泛采用i-线(波长365nm)。这些加工主要用光刻胶，其主要成分是其分子中包括芳香环的高分子有机化合物。通常所用的光刻胶不适于工艺采用短于350nm波长射线的光刻加工。由于这种光刻胶以高分子有机化合物作为其主要成分，会大量吸收波长为350nm或更短波长的光线。关于以SiO2为代表的硅系材料，由于所说材料需要利用VCD设备等生产薄膜SiO2，仍存在生产效率方面的问题。为克服这些问题，采用一种属于所谓“玻璃上旋涂”(此后称之为SOG)的硅氧烷系的涂敷型材料，可以作为一种解决方案。然而，SOG有其它问题。问题是由于在固化阶段表现出的内部残留膜应力很大，所以SOG不能形成厚度小于“亚微米”的薄膜，另外，另一问题是由于其可加工性很差，SOG在机械加工期间会萌生裂纹。由于其网状结构，网状聚硅烷具有优异的耐热性，并可以通过暴露于光线或加热而形成氧化硅薄膜。然而，由于处理期间发生的有机基团大量消失，几乎无法得到致密膜。在光器件中，形成光波导的方法是要解决的重要技术问题。到目前为止，采用了聚酰亚胺或类似的有机材料生产具有高透明度的光波导，这是由于没有比用这些材料更简单的工艺。然而，这些有机材料造成了巨大的光衰减和很差的性能稳定性。另外，所说材料的很差可加工性造成了干法腐蚀工艺中侧壁粗糙，妨碍了高性能光器件的生长。该问题的一个解决方案是考虑硅网状聚合物，但这种材料最终是不可取的。由于氧化硅膜由所说材料制造，表现出低透明度，这是对任何光波导都不能满意的性能。本专利技术的目的是可以合成一种有机硅纳米簇，并提供一种用所说有机硅纳米簇形成硅薄膜图形或氧化硅薄膜图形的简化方法，并将所说有机硅纳米簇薄膜在上述环境下应用于电器件或光器件。下面介绍克服上述问题的本专利技术的概况。上述问题可用溶于有机溶剂的硅纳米簇解决。所说硅纳米簇是一种具有三维结构的硅，其成分和特征在以下文献中有介绍W.L.Wilson，P.F.Szajowski，L.E.Brus，Science 262，1242(1993).；K.A.Littau，P.J.Szajowski，A.R..Muller，A.R.Kortan，and L.E.Brus，J.Phys Chem.97，1224(1993).；S.Furukawa and T.Miyasato，Jpn，J.Appl.Phys.27，L2207(1989).；T.Takagi，H.Ogawa，Y.Yamazaki，A.Ishizaki，and T.Nalagiri，Appl.Phys.Lett.56.，2379(1990).；D.Zhang，R.M.Kolbas，P.D，Milewski，D.J.Lichtenwalner，A.I.Kingon，and J.M.Zavada，Appl.Phys.Lett.65，2684(1994).；X.Chen，J.Zhao，G.Wang，X.Shen.，Phys.Lett.2 12，285(1996)。关于溶于有机溶剂的硅纳米簇，可以列出有机硅纳米簇。所说有机硅纳米簇是一种能溶于有机溶剂的有机硅化合物，在用Tauc绘图法测量其在所说溶剂中的溶液时，其带隙为3eV到1.2eV。所说Tauc绘图法是一种常规测量方法，可以确定非晶半导体的光带隙，解释其电子波谱。在由于非晶半导体中带隙间光跃迁产生光吸收的过程中，吸收强度和光子能量间的关系由下式表示α＝k(E-E0)2/E (其中k是常数)物质的光学带隙确定为在直角坐标系中和其水平轴上绘制的所说物质的特性曲线上画出的切线的交点处的读数(清水立生，OnAmorphous Semiconductor，培风馆，东京，1994，P201)。画出所说特性曲线的过程如下。通过在水平轴上绘制物质的光子能量，在垂直轴上绘制其吸光强度和其光子能量乘积的均方根，则可以在直角坐标系中画出所说特性曲线。然后，可以为此目的在合适点根据所说曲线的性质在所说曲线上画出所说切线。在所说有机硅纳米簇的成分由以下式(1)限定时，在实际应用中有利SixCyHzOa(1)其中0.1x≤y≤10x，0.3x≤z≤30x，a≤5x在y小于0.1x时，所说有机硅纳米簇在有机溶剂中具有低溶解度，在y大于10x时，硅薄膜和氧化硅薄膜的质量很差。另外，在z小于0.3x时，所说有机硅纳米簇在有机溶剂中具有低溶解度，在z大于30x时，硅薄膜和氧化硅薄膜的质量很差。另外，在a大于5x时，所说有机硅纳米簇的硅薄膜和氧化硅薄膜的质量很差。然而，应注意，在需要制造硅薄膜时，在a≤5x范围内的值是合适的。式(1)中y、z和a与x相比其值越小，则用Tauc绘图法确定的带隙越小。所以，尽管有机溶剂的优选溶解度可以减小，最后所说带隙降低到硅的相同值1.2eV。另一方面，y、z及a与x相比其值越大，则带隙变得越大。为实现本专利技术的目的，从溶解方面考虑，利用Tauc绘图法确定的带隙优选为1.5eV或更大。另外，从由其制造的硅薄膜和氧化硅薄膜的可接受质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅纳米簇，该硅纳米簇能够溶于有机溶剂。

【技术特征摘要】
JP 1997-6-20 163718/97;JP 1997-10-30 298187/971.一种硅纳米簇，该硅纳米簇能够溶于有机溶剂。2.如权利要求1所述的可溶于有机溶剂的硅纳米簇，其中所述硅纳米簇由有机硅纳米簇构成，且所说有机硅纳米簇是可溶于有机溶剂的有机硅化学化合物，利用Tauc绘图法测定的所说溶液的带隙在3eV-1.2eV之间。3.一种可溶于有机溶剂的有机硅化学化合物，具有以下式(1)所给出的结构式，其中用Tauc绘图法测定的该溶液的带隙在3eV-1.22eV之间，SixCyHzOa(1)其中y、z和a的范围规定为0.1x≤y≤10x，0.3x≤z≤30x，a≤5x。4.一种制造有机硅纳米簇的方法，其中在存在碱金属或碱土金属的条件下，进行四卤化硅烷与有机卤化物的反应。5.一种硅薄膜，其前体为有机硅纳米簇。6.一种制造硅薄膜的方法，其中在防止所说有机硅纳米簇与氧反应的条件下，在200-1500℃的温度下加热有机硅纳米簇。7.一种如权利要求5所述的制造硅薄膜的方法，其中在还原气氛中，在200-1500℃的温度下加热有机硅纳米簇。8.一种制造氧化硅薄膜的方法，其中在所说有机硅纳米簇与氧反应的条件下，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：三轮崇夫，渡边明，伊藤攻，铃木雅雄，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]