专利名称：一种往硅纳米晶薄膜引入额外成核点的方法
技术领域：
本发明属于硅材料发光技术领域，具体涉及一种增强纳晶硅薄膜发光强度的方法。
背景技术：
在镶嵌有硅纳米晶的SiA介质中，颗粒小于5nm的硅纳米晶颗粒对光致发光和电致发光起最主要的贡献，而大于5nm的硅颗粒或者不发光，或者发光的强度太弱。基于上述考虑，如果在未经传统高温退火的SiOx薄膜中引入更多的硅颗粒成核点，那么在1100°C的高温退火中，相分离析出的硅原子会有更多的富集地点，分散了硅颗粒的分配，在硅原子总数不变的大前提下，使大颗粒的形成几率降低，获得更多的小于5nm的硅颗粒数量。
发明内容
本发明目的在于提出一种往硅纳米晶薄膜引进额外成核点，以增强硅纳米晶的发光强度。本发明提出的往硅纳米晶薄膜引入额外成核点的方法，是在传统高温退火前引进激光预退火，具体步骤如下
1、在P-Si衬底上热蒸发蒸镀SiOx( 0<x<2)薄膜。2、进行激光预退火，设定激光预退火的参数功率控制、点密度和束斑直径。利用程序控制激光出射位置、逐点扫描的方式，使激光辐射覆盖样品的有效面积(如6mmX6mm)。3、进行传统的高温定碳炉退火；具体是在队气氛中，1050°C -1150°C高温定碳炉退火退火0.8—1.5小时，使SiOx ((KxU)发生相分离，形成二氧化硅包裹的硅纳米晶薄膜 (Si-nc :Si02)o其中，所述进行激光预退火控制条件如下 激光束斑直径ΚΚΓ δΟμπι;
激光功率12 15W ； 激光单点持续时间4 6ms ； 激光预退火的功率控制10% 100% ；
激光预退火的点密度每平方厘米20Χ2(Γ100Χ100个激光束斑。然后，对本发明所制备的薄膜进行测量光致发光光谱；蒸镀电极，再进行测量电致发光光谱。表明本发明方法可用于增强纳晶硅薄膜发光强度，在硅基光电集成领域具有较高的应用前景。
图1是只经过传统高温定碳炉退火的薄膜的透射电子显微镜(TEM)图像。图2是经过两次退火的薄膜的透射电子显微镜(TEM)图像。图3中，左图和右上插图是样品的光致发光与功率控制的关系图；右下插图是样
3品的光致发光与点密度的关系图。
具体实施例方式1、薄膜蒸镀
在P-Si衬底上热蒸发蒸镀SiOx( 0<x<2)薄膜热蒸发开始时真空腔的气压是 8\10-节 蒸镀过程中，气压降低至5飞\10-5 Pa。沉积速率是大约0.7 0.8A/S，用石英晶振校正过的一氧化硅膜样品的厚度是150nm (有效面积=6mmX6mm)。2、激光预退火的参数设定激光束斑直径ΚΚΓ δΟμπι; 激光功率12 15W ；
激光单点持续时间4 6ms ； 激光预退火的功率控制10% 100% ；
激光预退火的点密度每平方厘米20X20 100X 100个激光束斑。如20X20、40X40、 60X60,80X80 或 100X100 等。3、两次退火过程
激光预退火过程采用CO2激光器(Synrad，Model J48_5_2863)照射SiOx薄膜，利用逐点扫描的方式进行。激光辐射覆盖样品的有效面积。高温定碳炉退火是在氮气里1100°C退火退火1小时，进行相分离过程
SiO, ll0(rc+ ^SiO2,Q < χ < 2。1小时后形成镶嵌于二氧化硅中的硅纳
米晶薄膜(Si-nc :Si02)。4、薄膜测试
在透射电子显微镜(TEM)测试中，将经过两次退火的样品与只经过传统高温定碳炉退火的样品进行对比，发现前者中小于5nm的纳晶硅颗粒电子衍射图像多于后者； 在光致发光(PL)的测试中，前者的PL强度大概是后者的两倍； 在电致发光(EL)的测试前，须在样品的正反两面镀上铝电极，测试结果表明EL强度随功率控制和点密度的变化趋势基本与光致发光(PL)的一致。实验数据见图所示，图1是只经过传统高温定碳炉退火薄膜的透射电子显微镜 (TEM)图像。图2是经过两次退火的薄膜的透射电子显微镜(TEM)图像。证实激光预退火技术抑制硅大颗粒聚集、形成更多可发光的硅纳米晶的作用。说明本发明可以增强纳晶硅薄膜发光效率。图3中，左图和右上插图是样品的光致发光与功率控制的关系图；右下插图是样品的光致发光与点密度的关系图；它们表明经过激光预退火的样品的光致发光强度比未经过激光预退火的样品增加了一倍。
权利要求
1.一种往硅纳米晶薄膜引入额外成核点的方法，是在传统高温退火前引进激光预退火，其特征在于具体步骤如下(1)在P-Si衬底上蒸镀SiOx薄膜，0<x<2；(2)进行激光预退火；(3)进行传统的高温定碳炉退火； 其中，所述激光预退火的参数如下激光束斑直径ΚΚΓ δΟμπι; 激光功率12 15W ； 激光单点持续时间4 6ms ； 激光预退火的功率控制10% 100% ；激光预退火的点密度为每平方厘米20Χ2(Γ100Χ100个激光束斑。
2.根据权利要求1所述往硅纳米晶薄膜引入额外成核点的方法，其特征在于所述的传统高温定碳炉退火，是在N2环境中1050°C 1150°C退火0. 8 1. 5小时。
全文摘要
本发明属于材料发光技术领域，具体为一种往硅纳米晶薄膜引入额外成核点的方法。其步骤包括在P-Si衬底上蒸镀SiOx薄膜；进行激光预退火；进行传统的高温定碳炉退火。本发明通过激光预退火，往SiOx薄膜引进额外的发光成核点，并利用发光成核点在后续的高温定碳炉退火中抑制硅大颗粒的聚集，形成更多可以发光的硅纳米晶。本发明方法可以调制纳晶硅薄膜的光致发光和电致发光强度，为研究硅基光电集成的实用光源开辟新的路径。
文档编号H01L33/00GK102231420SQ201110177149
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者任勇, 陆明, 陈永彬 申请人:复旦大学