一种锡终端半导体材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锡终端半导体材料及其制备方法，该制备方法首先进行氢化处理，使得半导体材料表面形成氢终端，此时半导体材料和氢原子形成了碳氢键，半导体表面多为氢原子；然后通过高压电解含锡的水溶液对半导体表面进行锡化处理，锡化处理过程中，足够的锡原子替换大量的氢原子，使得在半导体表面能够形成碳锡键，进而在半导体材料锡终端；本发明专利技术的制备方法借助于氢原子作为中间介质，使得锡原子能够复合在半导体材料的表面。方法首次实现了半导体锡终端表面的制备，并且是一种高效、清洁且安全的表面锡化方法，获得的锡终端半导体表面锡化程度高，同时具有良好的稳定性。同时具有良好的稳定性。同时具有良好的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种锡终端半导体材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于微电子信息
，涉及一种锡终端半导体材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]半导体行业是现代电子信息社会高速发展的重要支撑，也是新一轮科技和产业革命的重要基石之一。当今世界处于百年未有之大变局，高科技领域的竞争愈发白热化，全球半导体业“卡脖子”状况愈加错综复杂。半导体材料的表面处理在半导体行业中有着基础而重要的地位，特别是半导体表面通过结合其它原子或基团而形成特定终端结构的表面，引起表面导电性、亲和势、功函数等性质的改变，从而显著影响电子器件的性能。
[0003]锡终端表面在微电子
应用潜力巨大。半导体表面的通常为氧终端、氢终端、氟终端、氯终端、氮终端、硫终端和羟基终端等非金属性原子或基团所构成的终端。锡作为一种金属材料，其结合至半导体表面形成锡终端后呈现独特的表面亲合势和功函数，锡终端半导体表面在高性能肖特基二极管制备有重要的应用前景。传统的化学处理方法难以将锡原子结合至半导体表面，而等离子方法又难以寻找到合适的气源，导致锡终端半导体表面制备极其困难。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种锡终端半导体材料及其制备方法，以解决目前无法制备锡终端半导体表面的瓶颈。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术的一方面公开了一种锡终端半导体材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，对半导体材料表面进行等离子体氢化处理，获得氢终端半导体材料；
[0008]步骤2，将氢终端半导体材料固定在金属电极上，置于电解液中，所述电解液中含有锡离子，电解进行锡化处理，获得锡终端半导体材料。
[0009]优选的，步骤1中，所述等离子体氢化处理的方法为射频与微波等离子体氢化、射流等离子体氢化、高压脉冲等离子体氢化或辉光放电等离子体氢化。
[0010]优选的，步骤2中，电解液为锡的可溶性离子化合物。
[0011]优选的，所述锡的可溶性离子化合物为氯化锡、氯化亚锡、溴化锡、溴化亚锡、氢氧化锡、硝酸亚锡或硫酸亚锡。
[0012]优选的，步骤2中，所述电解液为将锡的可溶性离子化合物溶液添加进水中获得，其中锡的可溶性离子化合物中锡离子的浓度为1mg/mL，水含量为100mL。
[0013]优选的，步骤2中，电解过程施加直流电。
[0014]优选的，步骤2中，电压为100～1000V，电流为10～50mA。
[0015]优选的，步骤2后，还包括清洗过程。
[0016]优选的，步骤2中，清洗过程为将锡终端半导体材料依次经过去离子水、有机溶剂、酸溶液和碱溶液清洗。
[0017]本专利技术的另一方面公开了一种通过上述任一项制备方法制得的锡终端半导体材料。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术公开了一种锡终端半导体材料的制备方法，该制备方法首先进行氢化处理，使得半导体材料表面形成氢终端，此时半导体材料和氢原子形成了碳氢键，半导体表面终端为氢原子；然后通过高压电解含锡的水溶液对半导体表面进行锡化处理，锡化处理过程中，锡原子替换表面的氢原子，使得在半导体表面能够形成碳锡键，进而在半导体材料锡终端；本专利技术的制备方法在锡原子难以直接复合在半导体材料表面的基础上，借助于氢原子作为中间介质，使得锡原子能够复合在半导体材料的表面。方法首次实现了半导体锡终端表面的制备，并且是一种高效、清洁且安全的表面锡化方法，获得的锡终端半导体表面锡化程度高，同时具有良好的稳定性。
[0020]进一步的，可溶性离子化合物中锡离子的浓度过大使得电解液电阻过小而无法施加高电压，导致锡离子能量不足以替代氢原子；浓度过小难以满足有足够的锡原子替换氢原子。
[0021]进一步的，通过不同类型的清洗液清除表面多余的沉积物，从而获得锡终端半导体表面。
附图说明
[0022]图1为本专利技术所采用的高压电解含锡水溶液处理半导体的示意图。
[0023]图2为本专利技术处理后的锡终端金刚石表面X射线光电子能谱图。
具体实施方式
[0024]本专利技术的实施例一种锡终端半导体材料的制备方法，包括以下步骤：
[0025]步骤1，半导体材料表面进行等离子体氢化处理，获得氢终端半导体材料；
[0026]处理过程中，等离子体的方式不同，过程的控制数据不同，氢化方式可以为射频与微波等离子体氢化、射流等离子体氢化、高压脉冲等离子体氢化或者辉光放电等离子体氢化，
[0027]锡和半导体的结合能力要弱于氧、氟、羟基等基团和半导体的结合能力，而锡和半导体的结合能力要强于氢和半导体的结合能力，因此必须在步骤1中将半导体处理为氢终端表面。
[0028]步骤2，氢终端半导体材料固定在金属电极上，并置于电解液中，通过施加电压对氢终端半导体材料进行表面锡化处理，获得锡终端半导体材料；电解过程中施加直流电，电压为100～1000V，电流为10～50mA，金属电极为耐腐蚀的电极，如铂、钯等；该过程中，锡离子在电场作用下与半导体表面作用并结合，锡原子替换了与金刚石表面碳结合的氢原子，从而形成锡终端半导体表面。
[0029]进一步的，电场作用下水电解产生的氢离子也发挥一定的作用，电压太低导致锡无法结合至半导体表面，电压太高会导致氢离子刻蚀掉半导体表面的锡终端，因此，步骤2中的通电电压为100～1000V。
[0030]步骤2中的电解液包含锡离子，电解质应当为氯化锡、氯化亚锡、溴化锡、溴化亚
锡、氢氧化锡、硝酸亚锡、硫酸亚锡等锡的可溶性离子化合物。
[0031]电解液为含锡化合物的水溶液，制备过为首先将可溶性离子化合物溶解于程去离子水中，形成含锡化合物溶液，其中锡离子的浓度为1mg/mL，然后将锡化合物加入到含有去离子水的容器中，形成电解液。
[0032]步骤3，锡终端半导体材料依次在去离子水、有机溶剂、酸溶液和碱溶液中清洗。
[0033]步骤2中，为了保证锡原子能够大量的替换氢原子，因此电解液中会设置有过量的锡，当半导体表面的氢原子大量被替换后，过量的锡会在电场作用下沉积至半导体表面，以锡单质为主，因此必须去除表面的沉积物从而获得纯净的锡终端半导体表面，因此，步骤3中的酸溶液为盐酸、硫酸或者硝酸，碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾。
[0034]本专利技术制备过程针对的对象主要以金刚石为主，但是该方法同样适用于其他半导体材料，如硅、碳化硅等。
[0035]具体实施示例1
[0036](1)利用微波等离子化学气相沉积系统外延生长氢终端金刚石表面，生长条件为：衬底温度为1150℃，氢气流量为500sccm，甲烷流量为50sccm，腔内气压为125Torr，处理时间为10min。
[0037](2)称取100mg的氯化亚锡，并溶解于100mL的去离子中，形成浓度为1mg/mL的氯化亚锡溶液。石英电解槽中注入18.25MΩc本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锡终端半导体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对半导体材料表面进行等离子体氢化处理，获得氢终端半导体材料；步骤2，将氢终端半导体材料固定在金属电极上，置于电解液中，所述电解液中含有锡离子，电解进行锡化处理，获得锡终端半导体材料。2.根据权利要求1所述的一种锡终端半导体材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述等离子体氢化处理的方法为射频与微波等离子体氢化、射流等离子体氢化、高压脉冲等离子体氢化或辉光放电等离子体氢化。3.根据权利要求1所述的一种锡终端半导体材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，电解液为锡的可溶性离子化合物。4.根据权利要求3所述的一种锡终端半导体材料的制备方法，其特征在于，所述锡的可溶性离子化合物为氯化锡、氯化亚锡、溴化锡、溴化亚锡、氢氧化锡、硝酸亚锡或硫酸亚锡。5.根据权利要求3所述的一种锡终端半...

【专利技术属性】
技术研发人员：李奉南，王宏兴，马飞，何适，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：