一种SiBc8量子点薄膜的制备方法技术

本申请涉及一种SiBc8量子点薄膜的制备方法，通过电子束蒸发镀膜法在基体上沉积非晶硅薄膜，非晶硅的表面有晶体小面，为得到含有SiBc8相的量子点薄膜，在非晶硅薄膜上运用磁控溅射法沉积氧化钽薄膜，氧化钽与非晶硅相互接触，可诱导非晶硅薄膜沿(111)晶面择优生长为纳米晶硅薄膜，再运用电子束蒸发镀膜法在氧化钽薄膜表面沉积金属钽薄膜，金属钽可以对纳米晶硅薄膜的表面施加残余应力，使得纳米晶硅薄膜晶硅晶格内的Si

【技术实现步骤摘要】
一种SiBc8量子点薄膜的制备方法


[0001]本申请涉及光电材料领域，尤其涉及一种SiBc8量子点薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]硅量子点由于量子限域效应能够充分利用高能光子，减少能量损耗，提高发光效率，因此在单电子晶体管、光电子集成和生物成像等领域具有较高应用前景，硅量子点原材料丰富、无毒、发射波长可调以及生物相容性好的优良性能也使其成为硅纳米晶中备受关注的研究热点。
[0003]硅量子点的制备方法可以分为两大类，一类是采用先进却成本昂贵的电子束曝光和反应离子刻蚀等纳米加工技术，直接制备硅纳米晶；一类是采用自组装生长技术，由原子、分子或相应的前躯体经过成核、聚集、生长、相变等生长机制形成大面积的硅纳米晶薄膜。
[0004]这两类方法制备的硅量子点大多都是常温常压下稳定存在的金刚石结构(Si
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I)相，其具有间接带隙特征，带隙宽度为1.12eV；然而Si
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I相的同素异形体SiBc8相是直接带隙，带隙宽度为0.03eV，光吸收谱与太阳能谱的重叠面积比Si
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I相更大，发光阈值能量却远低于Si
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I相，在接收同样光照的情况下，SiBc8相产生的多激子会更多，多重激子效应的存在使得短波长光子可以产生多个电子
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空穴对，可有效提高太阳能电池的转换效率，相比于Si
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I相，SiBc8相是实现太阳能电池多激子效应增强及激光探测的更优材料，但是目前并没有关于直接制备SiBc8量子点薄膜的相关方法。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本申请的核心是提供一种SiBc8量子点薄膜的制备方法，可以填补SiBc8量子点薄膜制备方法的技术空白，提升量子点薄膜的性能，从而提高太阳能电池的光电转化率，以及更好应用于激光探测领域。
[0006]为解决上述技术问题，本申请提供了一种SiBc8量子点薄膜的制备方法，包括：选用硅片或玻璃作为基体，并对所述基体进行预处理；通过电子束蒸发镀膜法在所述基体上沉积非晶硅薄膜；在所述非晶硅薄膜上运用磁控溅射法沉积氧化钽薄膜，以实现所述非晶硅薄膜沿(111)晶面择优生长为纳米晶硅薄膜；在所述氧化钽薄膜表面运用电子束蒸发镀膜法沉积金属钽薄膜，得到纳米晶硅/氧化钽/金属钽叠层膜；对所述纳米晶硅/氧化钽/金属钽叠层膜进行退火处理；酸洗所述纳米晶硅/氧化钽/金属钽叠层膜，去除所述氧化钽薄膜和所述金属钽薄膜，获得含SiBc8相的硅量子点薄膜。
[0007]在一种可行的实现方式中，所述玻璃为石英玻璃或ITO玻璃，所述预处理采用RCA工艺。
[0008]在一种可行的实现方式中，所述通过电子束蒸发镀膜法在所述基体上沉积非晶硅薄膜包括：在坩埚内加入纯度大于99.9999％的硅颗粒并将所述坩埚调整至镀膜位置，在真空条件下，控制所述基体的衬底温度为150
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350℃，旋转所述基体，调整电子枪束流至118
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132mA，在所述电子枪预蒸发至预定时间后开始对准所述硅颗粒蒸镀以在所述基体的下表面沉积形成所述非晶硅薄膜，镀膜时间为30s
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5min，镀膜后持续加热所述非晶硅薄膜至设定时间后，自然降温。
[0009]在一种可行的实现方式中，所述在所述非晶硅薄膜上运用磁控溅射法沉积氧化钽薄膜包括：将纯度大于99.95％的金属钽靶作为溅射靶材，在真空条件下，通入溅射气体Ar与反应气体O2，设定沉积温度为200℃
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380℃，溅射功率80W
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90W，开始溅射以在所述非晶硅薄膜的表面沉积形成所述氧化钽薄膜，镀膜完成后，继续保温至设定时间，然后降温至80℃，得到纳米晶硅/氧化钽叠层膜。
[0010]在一种可行的实现方式中，所述在所述氧化钽薄膜表面运用电子束蒸发镀膜法沉积金属钽薄膜包括：在坩埚内加入纯度大于99.9999％的金属钽并将所述坩埚调整至镀膜位置，在真空条件下，控制所述纳米晶硅/氧化钽叠层膜的衬底温度为200℃
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320℃，旋转所述纳米晶硅/氧化钽叠层膜，调整电子枪束流至133
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158mA，在所述电子枪预蒸发至预定时间后开始对准所述金属钽蒸镀以在所述纳米晶硅/氧化钽叠层膜的下表面沉积形成所述金属钽薄膜，镀膜3
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5min后，得到纳米晶硅/氧化钽/金属钽叠层膜，接着持续加热所述纳米晶硅/氧化钽/金属钽叠层膜至设定时间后，自然降温。
[0011]在一种可行的实现方式中，所述对所述纳米晶硅/氧化钽/金属钽叠层膜进行退火处理为：通400℃
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670℃的氮氢混合气，在大于标准大气压1.2Pa的气压下，对所述纳米晶硅/氧化钽/金属钽叠层膜退火1
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20min，然后自然降温至80℃。
[0012]在一种可行的实现方式中，所述酸洗采用的酸为去离子水、氢氟酸和热浓硫酸混合液。
[0013]优选地，所述去离子水、氢氟酸和热浓硫酸混合液的体积比为100：20：30。
[0014]在一种可行的实现方式中，所述氮氢混合气中氢气占比为2％。
[0015]在一种可行的实现方式中，所述溅射气体Ar与反应气体O2的氩氧比为4:1，固定氧气流量为6sccm，气体压强为1.6Pa。
[0016]本申请提供了一种SiBc8量子点薄膜的制备方法，选用硅片或玻璃作为基体，并对基体进行预处理；通过电子束蒸发镀膜法在基体上沉积非晶硅薄膜，非晶硅的表面有各种晶体小面，不同晶面对薄膜结构会产生不同的影响，为得到含有SiBc8相的量子点薄膜，在非晶硅薄膜上运用磁控溅射法沉积氧化钽薄膜，金属靶材撞向非晶硅薄膜时由于能量转化与反应气体化合生成氧化钽，氧化钽与非晶硅相互接触，可以诱导非晶硅薄膜沿(111)晶面择优生长为纳米晶硅薄膜；再运用电子束蒸发镀膜法在氧化钽薄膜表面沉积金属钽薄膜，从而得到纳米晶硅/氧化钽/金属钽叠层膜，金属钽薄膜可以对纳米晶硅薄膜的表面施加残余应力，使得纳米晶硅薄膜晶硅晶格内的Si
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Si键角增大，由Si
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I相相变为SiBc8相；对纳米晶硅/氧化钽/金属钽叠层膜进行退火处理，可以形成硅量子点；酸洗纳米晶硅/氧化钽/金属钽叠层膜，去除氧化钽薄膜和金属钽薄膜，获得含SiBc8相的硅量子点薄膜，相比于现有技术中制备的硅量子点为金刚石结构(Si
‑
I)相，含有SiBc8相的硅量子点薄膜将光能转化为电能的效率更高，可以提高太阳能电池的光电转化率，以及更好的应用于激光探测领域。
附图说明
[0017]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通
技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
[0018]图1为本专利技术实施例所提供的一种SiBc8量子点薄膜的制备方法流程图。
具体实施方式
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiBc8量子点薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：选用硅片或玻璃作为基体，并对所述基体进行预处理；通过电子束蒸发镀膜法在所述基体上沉积非晶硅薄膜；在所述非晶硅薄膜上运用磁控溅射法沉积氧化钽薄膜，以实现所述非晶硅薄膜沿(111)晶面择优生长为纳米晶硅薄膜；在所述氧化钽薄膜表面运用电子束蒸发镀膜法沉积金属钽薄膜，得到纳米晶硅/氧化钽/金属钽叠层膜；对所述纳米晶硅/氧化钽/金属钽叠层膜进行退火处理；酸洗所述纳米晶硅/氧化钽/金属钽叠层膜，去除所述氧化钽薄膜和所述金属钽薄膜，获得含SiBc8相的硅量子点薄膜。2.根据权利要求1所述的一种SiBc8量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述玻璃为石英玻璃或ITO玻璃，所述预处理采用RCA工艺。3.根据权利要求1所述的一种SiBc8量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述通过电子束蒸发镀膜法在所述基体上沉积非晶硅薄膜包括：在坩埚内加入纯度大于99.9999％的硅颗粒并将所述坩埚调整至镀膜位置，在真空条件下，控制所述基体的衬底温度为150
‑
350℃，旋转所述基体，调整电子枪束流至118
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132mA，在所述电子枪预蒸发至预定时间后开始对准所述硅颗粒蒸镀以在所述基体的下表面沉积形成所述非晶硅薄膜，镀膜时间为30s
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5min，镀膜后持续加热所述非晶硅薄膜至设定时间后，自然降温。4.根据权利要求1所述的一种SiBc8量子点薄膜的制备方法，其特征在于，所述在所述非晶硅薄膜上运用磁控溅射法沉积氧化钽薄膜包括：将纯度大于99.95％的金属钽靶作为溅射靶材，在真空条件下，通入溅射气体Ar与反应气体O2，设定沉积温度为200℃
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380℃，溅射功率80W
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90W，开始溅射以在所述非晶硅薄膜的表面沉积形成所述氧化钽薄膜，镀膜完成后，继续保温...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓波，王宁，侯君祎，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：