本发明专利技术公开了一种增强硅基薄膜电致发光的方法，包括如下步骤：在P型硅片正面上沉积一层银薄膜，然后进行热退火，在P型硅片正面上形成银岛膜；在银岛膜上沉积富硅氮化硅薄膜，然后在富硅氮化硅薄膜上沉积一层氧化硅薄膜；在氧化硅薄膜表面沉积一层ITO薄膜作为正面出光电极，在P型硅片背面沉积一层Al作为背面电极，制得硅基薄膜发光器件。本发明专利技术方法制备的硅基薄膜器件的电致发光强度显著强于普通硅薄膜器件的电致发光强度；器件能工作在更高的输入功率下，不易被击穿。
Method for enhancing electroluminescence of silicon substrate film
The invention discloses a luminescence enhancement method of silicon film, which comprises the following steps: depositing a layer of silver film on P type silicon on the face, and then thermal annealing, the formation of silver island films in P type silicon positive; deposited on silver island films on silicon rich silicon nitride films, then depositing a layer silicon oxide films on silicon rich silicon nitride films; deposition of silicon oxide film on the surface of a layer of ITO thin film electrode as a positive light, in the P type silicon deposited a layer of Al as the back electrode, prepared thin film silicon light emitting device. The electroluminescent intensity of the silicon based thin-film device prepared by the method of the invention is obviously stronger than that of the ordinary silicon film device, and the device can work at higher input power and is not easy to be broken.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于硅基光电子应用领域，具体涉及。
技术介绍
随着CMOS工艺特征尺寸的不断减小，集成电路的集成度将越来越高，芯片间信号传输所使用的金属互联将成为器件性能提升的瓶颈。硅基光电子指的是，利用硅基材料来实现光的生成(将电信号转化成光信号)，光的传播，光的调制，和光的探测(将光信号转化成电信号)，从而实现信息在一定距离内的传播，是解决上述互连瓶颈的有效途径之一。但由于硅本身的间接带隙特性，硅基光源成为了光互联的难题所在。近年来，富硅氮化硅(SiNx，x< 1. 33)体系由于其制备方法与大规模集成电路制造工艺兼容、光致发光效率较高、发光稳定、载流子注入势垒较低等优点，受到了越来越广泛的关注，已逐渐成为发展硅基光电子的候选材料之一。但是光致发光需要激光器激发，这不仅会增加整个系统的复杂性，同时也增加了整个系统的成本。如果采用电致发光，则只需要一个简单的电源，可解决光致发光所带来的问题。而富硅氮化硅薄膜的电致发光效率仍然较低，不足以满足硅基光电子以光为信息载体在一定距离内传播并实现数据交换的要求。
技术实现思路
本专利技术提供了，使得制备的硅基薄膜器件的电致发光强度显著强于普通硅基薄膜器件的电致发光强度，并且工作在更高的输入功率下， 不易被击穿。，包括以下步骤(1)用电子束蒸发或直流磁控溅射的方法，在经过化学清洗和氧化层去除后的P 型硅片的正面上沉积一层Ag薄膜，然后在氮气或惰性气氛保护下快速热退火制得Ag岛膜， 退火温度为300-500°C，退火时间为I-IOmin ；所述的P型硅片的正面为P型硅片的抛光面；(2)采用氨气和以氮气稀释的硅烷(SiH4)的混合气体作为先驱气体，用等离子增强化学气相沉积的方法，在步骤(1)制得的Ag岛膜上沉积一层富硅氮化硅薄膜，然后用电子束蒸发的方法在所述的富硅氮化硅薄膜上沉积一层氧化硅薄膜；(3)用直流磁控溅射的方法，在所述的氧化硅薄膜上沉积一层ITOandium Tin Oxide，掺锡氧化铟)薄膜作为正面出光电极，然后用电子束蒸发的方法在所述的P型硅片的背面沉积一层Al作为背面金属电极，制得硅基薄膜发光器件。步骤(1)中，所述的P型硅片为P型外延硅片、P型重掺硅片或P型轻掺硅片。步骤(1)中，所述的惰性气氛通常为氩气。步骤(1)中，所述的电子束蒸发中，电子束束流大小为15-30mA，膜厚仪显示厚度为50-150 A,采用纯度为99%及以上的Ag源。最优选的技术方案中，电子束束流大小为 18-22mA，膜厚仪显示厚度为98-102A。在上述的条件下进行电子束蒸发沉积Ag薄膜，一方面，可保证Ag薄膜的均勻性，使其在经过快速热退火后能形成尺寸适中且相对均勻的颗粒；另一方面，Ag薄膜在经过快速热退火后能形成分散性相对较好的颗粒。步骤(1)中，所述的直流磁控溅射中，溅射功率为50_70W，溅射时间为20-90s， 沉积气压为l_10Pa，采用纯度为99%及以上的Ag源。最优选的技术方案中，溅射功率为 57-63W，溅射时间为79-81s，沉积气压为lOI^a。在上述的条件下进行直流磁控溅射沉积Ag 薄膜，在保证Ag薄膜沉积效率的前提下，使其在经过快速热退火后能形成尺寸适中且分散性相对较好的岛膜。步骤⑵中，以氮气稀释的硅烷(SiH4)中，氮气和硅烷的体积比为 95 5-85 15，最优选氮气和硅烷的体积比为90 10。这样，在保护仪器的前提下，有利于对以氮气稀释的硅烷(SiH4)气体体积流量的控制。步骤O)中，氨气和以氮气稀释的硅烷(SiH4)的流量比为10 100-30 100，最优选为10 100。在相同电压下，使用上述流量比制得的硅基薄膜发光器件的电致发光强度相对较强。步骤O)中，所述的等离子增强化学气相沉积中，射频功率为5_25W，衬底温度为200-400°C，沉积气压为10-25Pa。最优选的技术方案中，溅射功率为19-21W，衬底温度为400°C，沉积气压为201^。这样，在保证富硅氮化硅薄膜沉积效率的前提下，沉积所得的薄膜相对更加致密，薄膜质量相对较好。步骤O)中，所述的电子束蒸发中，电子束束流大小为15_50mA，膜厚仪显示厚度为100-300 A,采用石英片作为SiO2源。最优选的技术方案中，电子束束流大小为 20-30mA，膜厚仪显示厚度为245-255 A。这样，在保证SW2薄膜均勻性的前提下，制备所得的硅基薄膜发光器件的稳定性相对较好。本专利技术在传统的硅基薄膜器件结构的基础上，利用气相法在器件中加入一层Ag 岛膜。Ag岛膜的存在不但增强了富硅氮化硅中激子的辐射复合速率；还增强了器件的载流子注入效率；另外，Ag岛膜的存在使器件的正面出光电极ITO的晶粒尺寸及表面粗糙度变大，这有利于降低光的内反射和提高ITO薄膜的透明性。这三方面的原因使得器件的电致发光强度得到了极大的提高，在相同的驱动电压下，可以实现电致发光强度两个数量级的增强，电致发光强度最高约可增强350倍。本方法中引入Ag岛膜的方法非常简单，可与大规模集成电路制备工艺相兼容。本专利技术的硅基薄膜发光器件中，引入了 Ag岛膜的结构，由于银纳米颗粒具有独特的表面等离子共振性质，其表面等离子共振性质随颗粒尺寸、形状以及金属纳米颗粒所处的介电环境等变化而变化，当银纳米颗粒与发光体之间的位置在一定范围内，且银纳米颗粒的表面等离子共振能量与发光体的发光能量相近时，银表面等离子就能与发光体发生强烈地耦合，导致发光体的辐射衰减速率增加，从而增强发光体的发光强度。本专利技术的硅基薄膜发光器件实现了富硅氮化硅薄膜电致发光的增强。附图说明图1为实施例1中Ag岛膜的表面形貌图。图2为实施例1制得的氮化硅基薄膜器件和对比例1制得的参比器件的电致发光■i並曰O图3为实施例1制得的氮化硅基薄膜器件和对比例1制得的参比器件的电流-电压特性图。图4为实施例2中Ag岛膜的表面形貌图。图5为实施例2制得的氮化硅基薄膜器件和对比例2制得的参比器件的电致发光■i並曰ο具体实施例方式下面结合实施例和附图来详细说明本专利技术，但本专利技术并不仅限于此。实施例1 对P型外延硅片(衬底电阻率小于0.004Ω ^m,外延层厚度为11. 4 μ m，电阻率为 2. 5 Ω · cm)进行标准RCA清洗并用氢氟酸去除表面氧化层。标准RCA清洗的步骤如下将 P型外延硅片放入1号清洗液(氨水、双氧水和去离子水的体积比为1 1 5)，在80°C左右(80士5°C )的水浴中放置15 20min ；用去离子水充分洗净P型外延硅片，将清洗后的 P型外延硅片放入2号清洗液(盐酸、双氧水和去离子水的体积比为1 1 6)，在80°C左右(80士5°C )的水浴中放置15 20min，取出后再用去离子水充分清洗。然后用电子束蒸发(电子束束流大小为20mA(士2mA)，膜厚仪显示厚度为 IOOA ( ±2人)^8源为纯度99.99%，衬底温度为200°0的方法在P型外延硅片的抛光面(即P型外延硅片的正面)上沉积一层Ag膜，然后在氩气气氛的保护下400°C退火 aiiin获得Ag岛膜，其表面形貌如图1的扫描电子显微镜照片所示，可见Ag岛的尺寸分布从 50nm 至Ij lOOnm。以气体体积流量比为10 100的氨气(NH3)和用氮气稀释的硅烷(SiH4)(氮本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种增强硅基薄膜电致发光的方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）用电子束蒸发或直流磁控溅射的方法，在经过化学清洗和氧化层去除后的Ｐ型硅片的正面上沉积一层Ａｇ薄膜，然后在氮气或惰性气氛保护下快速热退火制得Ａｇ岛膜，退火温度为３００－５００℃，退火时间为１－１０ｍｉｎ；所述的Ｐ型硅片的正面为Ｐ型硅片的抛光面；（２）采用氨气和以氮气稀释的硅烷的混合气体作为先驱气体，用等离子增强化学气相沉积的方法，在步骤（１）制得的Ａｇ岛膜上沉积一层富硅氮化硅薄膜，然后用电子束蒸发的方法在所述的富硅氮化硅薄膜上沉积一层氧化硅薄膜；（３）用直流磁控溅射的方法，在所述的氧化硅薄膜上沉积一层ＩＴＯ薄膜作为正面出光电极，然后用电子束蒸发的方法在所述的Ｐ型硅片的背面沉积一层Ａｌ作为背面金属电极，制得硅基薄膜发光器件。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李东升，任常瑞，王锋，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86
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