【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体工艺，具体涉及一种激光诱导无光刻沉积单晶硅周期性点阵的方法。
技术介绍
1、几十年来，纳米技术得到快速发展，如今已经有很多种制备周期性纳米结构的方法。目前，研究和工业领域广泛使用的方法包括电子束光刻(ebl)、聚焦离子束光刻(fib)、纳米压印技术和自组装与分子合成等。
2、ebl和fib均可以精确的控制结构的形状和尺度，其制备的最终结构的分辨率甚至可达纳米级别，可用于加工精度要求极高的微纳结构。但是，ebl和fib都需要昂贵的仪器，通常十分耗时使其并不适合大面积的加工图样。纳米压印刻蚀技术(nil)自从被提出以来，其作为低成本、高通量和高分辨率的微纳结构的制备工艺已经在许多研究中得到了验证，但是为了获得细小均匀的纳米图案，压印工艺中的任一过程都至关重要，这样大大增加了加工过程的复杂程度。自组装提供了自下而上大规模直接制造纳米结构的途径，且基本上不受材料类型或形状的限制，但其想要精确控制结构形貌十分困难。特别是，无论采用哪种自组装方法，目前在2d和3d图形制备中，不同纳米结构的精确组装和集成仍普遍存在困难。
3、激光干涉技术是利用光的干涉能形成明暗相间的光场分布的特性，通过特定的光束组合方式，来调控干涉场的强度分布，用感光材料把周期性的光场记录下来，用来制备周期性结构，比如光栅、点阵等。
4、薄膜制备是实现器件微型化和集成化的重要途径之一，薄膜制备技术按照类别可分为物理法和化学法。物理方法主要包括电子束蒸发、脉冲激光沉积及磁控溅射等；化学方法主要包括各种化学气相沉积、溶胶-
5、电子束蒸发法可蒸发高熔点材料，薄膜生长速率较高，薄膜纯度易于控制，缺点是薄膜均匀性不易控制，且缺陷较多，薄膜质量不太高。脉冲激光沉积技术的优势是对靶材的质量要求相对较低、薄膜与基片附着力好，但其局限性在于不太适合大面积镀膜。化学气相沉积是一种工艺简单、成本较低廉的薄膜制备技术，但它的沉积速率不太高。溶胶-凝胶法成本低廉、衬底形状不限、设备简单、适于大面积生产，该方法的缺点是薄膜厚度的均匀性不易控制，成膜质量相对不高。
6、磁控溅射是一种“高速低温溅射技术”。相比于其他薄膜制备技术，磁控溅射具有很多优势，可以制备高质量、致密、均匀的薄膜材料；能够控制薄膜的晶体结构和取向；能够控制薄膜的化学组成和微观结构等。
技术实现思路
1、解决的技术问题：为了克服现有技术中存在的加工过程的复杂程度高，ebl和fib都需要昂贵的仪器，通常十分耗时使其并不适合大面积的加工图样，想要精确控制结构形貌十分困难，不同纳米结构的精确组装和集成仍普遍存在困难，薄膜均匀性不易控制，且缺陷较多，薄膜质量不太高，不太适合大面积镀膜，沉积速率不太高，薄膜厚度的均匀性不易控制，成膜质量相对不高等技术问题，本申请提出一种激光诱导无光刻沉积单晶硅周期性点阵的方法，将激光干涉与磁控溅射方法相结合，诱导沉积单晶硅周期性点阵，该方法具有无需掩膜、无需光刻胶、快速、工艺简单、成本低、点阵图样丰富、无杂质等优点。
2、技术方案
3、一种激光诱导无光刻沉积单晶硅周期性点阵的方法，制备方法具体步骤为：
4、步骤a：选用纯度为99.999％的纯硅靶材，磁控溅射电源使用射频磁控溅射源，所用的半导体或金属衬底尺寸为10mm×10mm；
5、步骤b：将靶材和衬底放入真空腔内，制备点阵结构时，设置衬底的初始温度为室温，靶基距为68mm，溅射气体采用的是纯度为99.99％的ar，溅射时的工作压强为0.2-20pa，溅射功率为10～200w，溅射时间为1-40min；
6、步骤c：在溅射薄膜过程中将多束相干光照射在衬底表面，激光波长在325-473nm和477-1200nm,功率为15mw-1w，照射时间为7ns-15min；
7、步骤d：根据干涉原理在衬底表面生成周期性点状光斑，在有光斑的位置靶材si纳米粒子能够快速沉积从而形成周期性点阵结构。
8、作为本申请的一种优选技术方案：点阵的制备中纯硅靶材的尺寸为直径48mm，厚度3mm。
9、作为本申请的一种优选技术方案：点阵的制备中磁控溅射电源为频率在10～35mhz的射频交流电源。
10、作为本申请的一种优选技术方案：点阵的制备中真空腔体内压强为1.5×10-4pa，溅射时的工作压强保持在0.1-5.0pa。
11、作为本申请的一种优选技术方案：所述使用多束相干光照射，利用n个分光镜将光束分成n束，n＝1～8，利用多个反射镜将n束光反射后最终汇聚在衬底表面，从而产生多束相干光的干涉图样，诱导快速沉积单晶硅周期性点阵。
12、作为本申请的一种优选技术方案：n＝1～8，利用s1-s6分光镜将光束分成三、四束或六束。
13、作为本申请的一种优选技术方案：使用稳态激光源laser照射时，利用b1-b12反射镜将六束光反射后最终汇聚在衬底表面，从而干涉产生分布均匀的光斑，诱导快速沉积单晶硅周期性点阵。
14、作为本申请的一种优选技术方案：所述金属衬底为金衬底或银衬底。
15、本申请原理解释：在溅射薄膜过程中将多束相干光照射在衬底表面诱导沉积周期性点阵结构，光束数目、入射角、方位角、激光波长、偏振方向这几个参数都可改变点阵图案的周期、尺寸、排布方式。照射时间选择7ns-15min是防止因热传递使衬底表面热梯度差值变小，时间小于7ns很难形成足够的热梯度，时间过长如大于15min则容易因衬底导热而减小热梯度，不利于形成清晰的点阵，除此之外，在真空条件下可以有效阻止杂质影响，并通过改变光束数目、入射角、方位角、激光波长、偏振方向得到周期、尺寸、排布方式不同的微纳图案。
16、有益效果：
17、1.光学刻写技术的发展从接触式/接近式曝光、投影式曝光到后来发展的激光直写技术，不同方法会有不同的设备，不同优点和不足，但所有的光刻技术都需要进行显影和刻蚀，而本专利技术中的方法无需显影和刻蚀，既无需掩模版也无需如直写技术一样受到光斑移动速度的限制，而是通过激光干涉一次性诱导沉积单晶硅的周期性点阵，具有工艺简单、成本低、快速、无杂质、无需光刻胶等优点。
18、2.传统制备周期性微纳结构的加工技术中，会产生颗粒大小和排列分布不可控的难题，而通过六束激光诱导无光刻沉积得到的单晶硅周期性点阵尺寸很小，具有发光特性，并且通过光斑的间距可以调节点阵的间距，光斑大小调节点阵大小。
19、3.磁控溅射的原理是电子在电场e的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使氩气发生电离成为ar+离子和电子，ar+离子在电场的作用下轰击靶材，使得靶材表面的中性原子或分子获得足够动能脱离靶材表面，沉积在基片表面形成薄膜，因此对于不同的靶材，由于充入的是惰性气体，不会出现靶材原子与气体反应不充分的情况。
20、4.无需掩膜、无需光刻胶、快速、工艺简单、成本低、点阵图样丰富、无杂质，通过本专利技术制备的周期性结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光诱导无光刻沉积单晶硅周期性点阵的方法，其特征在于，制备方法具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的激光诱导无光刻沉积单晶硅周期性点阵的方法，其特征在于：点阵的制备中纯硅靶材的尺寸为直径48mm，厚度3mm。
3.根据权利要求1所述的激光诱导无光刻沉积单晶硅周期性点阵的方法，其特征在于：点阵的制备中磁控溅射电源为频率在10～35MHz的射频交流电源。
4.根据权利要求1所述的激光诱导无光刻沉积单晶硅周期性点阵的方法，其特征在于：点阵的制备中真空腔体内压强为1.5×10-4Pa，溅射时的工作压强保持在0.1-5.0Pa。
5.根据权利要求1所述的激光诱导无光刻沉积单晶硅周期性点阵的方法，其特征在于：所述使用多束相干光照射，利用n个分光镜将光束分成n束，n＝1～8，利用多个反射镜将n束光反射后最终汇聚在衬底表面，从而产生多束相干光的干涉图样，诱导快速沉积单晶硅周期性点阵。
6.根据权利要求5所述的激光诱导无光刻沉积单晶硅周期性点阵的方法，其特征在于：n＝1～8，利用S1-S6分光镜将光束分成三、四束或六束。
<...【技术特征摘要】
1.一种激光诱导无光刻沉积单晶硅周期性点阵的方法，其特征在于，制备方法具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的激光诱导无光刻沉积单晶硅周期性点阵的方法，其特征在于：点阵的制备中纯硅靶材的尺寸为直径48mm，厚度3mm。
3.根据权利要求1所述的激光诱导无光刻沉积单晶硅周期性点阵的方法，其特征在于：点阵的制备中磁控溅射电源为频率在10～35mhz的射频交流电源。
4.根据权利要求1所述的激光诱导无光刻沉积单晶硅周期性点阵的方法，其特征在于：点阵的制备中真空腔体内压强为1.5×10-4pa，溅射时的工作压强保持在0.1-5.0pa。
5.根据权利要求1所述的激光诱导无光刻沉积单晶硅周期性点阵的方法，其特征在于：所述使用...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。