專利名稱：一種Si/SnO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備Si/SnO2異質(zhì)結(jié)電致發(fā)光器件及其制備方法。
背景技術(shù)：
自從摩爾定律提出以來(lái)，以集成電路為標(biāo)志的微電子工業(yè)已經(jīng)發(fā)展了40多年了。隨著芯片中晶體管的尺寸越來(lái)越小、集成度越來(lái)越高，層間金屬互連的層數(shù)越來(lái)越多，由此導(dǎo)致的芯片的層間干擾、信號(hào)延遲、功率耗散等問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。同時(shí)，高速光通訊的發(fā)展使得在較短距離的金屬互聯(lián)的傳輸瓶頸問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。另外，摩爾定律的拓展使得集成電路在探測(cè)、無(wú)線通訊、流體、力學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而要實(shí)現(xiàn)微芯片在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，硅基的發(fā)光器件則是關(guān)鍵，目前正在研究開(kāi)發(fā)之中。由于硅的集成電路工藝有很大的成本優(yōu)勢(shì)、龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和高技術(shù)集中等優(yōu)點(diǎn)，硅基的光電集成具有很好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景。但由于硅屬于窄禁帶、間接帶隙的半導(dǎo)體材料，故其發(fā)光效率低，無(wú)法應(yīng)用于發(fā)光器件，因此限制了硅材料在光子學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。只有通過(guò)對(duì)硅或其氧化物薄膜等進(jìn)行適當(dāng)處理，從而可能獲得較好的發(fā)光體系。
二氧化錫(SnO2)是一種非常重要的II-VI族、具有直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體材料，被廣泛應(yīng)用于氣敏、電子、太陽(yáng)能等領(lǐng)域。由于該材料是天然非化學(xué)劑量比的，容易在晶格中存在大量的氧空位、間隙錫等缺陷，導(dǎo)致其具有較強(qiáng)的缺陷相關(guān)的發(fā)光峰。但是，建立在硅襯底上SnO2薄膜的發(fā)光器件還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用二氧化錫薄膜中的氧空位等缺陷發(fā)光的Si/SnO2異質(zhì)結(jié)電致發(fā)光器件及其制備方法。
本發(fā)明的Si/SnO2異質(zhì)結(jié)電致發(fā)光器件，在硅片的拋光面自下而上依次沉積有SnO2薄膜層和摻錫氧化銦(ITO)導(dǎo)電薄膜層，硅片的另一面沉積有金屬薄膜層。
對(duì)于上述的金屬薄膜層所用的金屬種類沒(méi)有特殊要求，優(yōu)選鋁金屬薄膜。
本發(fā)明的Si/SnO2異質(zhì)結(jié)電致發(fā)光器件的制備方法，包括以下步驟1)將純金屬Sn顆粒放置在石墨坩鍋中，利用電子束蒸發(fā)，在p型硅片的拋光面上沉積金屬錫薄膜，薄膜沉積過(guò)程中，工作腔真空度控制在至少2×10-3Pa，硅片襯底溫度保持在室溫～220℃；
2)將沉積好金屬錫薄膜的樣品在氧氣氣氛下，于600℃～1000℃進(jìn)行氧化處理，使金屬錫薄膜轉(zhuǎn)變成SnO2薄膜，從爐管中取出樣品并冷卻；3)工作腔真空度控制在至少10-3Pa，采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)的方法在硅片的另一面沉積金屬薄膜層；4)以氬氣和氧氣為濺射反應(yīng)氣體，用磁控濺射的方法在SnO2薄膜表面沉積摻錫氧化銦導(dǎo)電薄膜，得到Si/SnO2異質(zhì)結(jié)發(fā)光器件。
本發(fā)明中使用的硅片和ITO靶材等可市售獲得。
本發(fā)明制備方法中，對(duì)于所說(shuō)的電子束蒸發(fā)法或磁控濺射法無(wú)特殊要求，可以采用工業(yè)上通用的電子束蒸發(fā)方法或磁控濺射方法。步驟4)濺射反應(yīng)氣體氬氣和氧氣的比值優(yōu)選大于1。
本發(fā)明中，當(dāng)金屬薄膜層為金屬鋁薄膜時(shí)，則上述制備過(guò)程，步驟3)沉積金屬薄膜層完成后，在360℃～550℃退火處理10min～30min，以便于獲得鋁金屬薄膜和硅片的歐姆接觸，提高導(dǎo)電性能。對(duì)于其它金屬薄膜可以不進(jìn)行退火處理。
本發(fā)明通過(guò)改變金屬錫薄膜的高溫氧化處理的溫度可以獲得不同強(qiáng)度的SnO2薄膜的發(fā)光。
本發(fā)明在硅基體上以二氧化錫薄膜為發(fā)光薄膜，二氧化錫薄膜與其他材料相比可以具有更高的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性，并且具有強(qiáng)的缺陷發(fā)光，本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單可控，成本低廉，和集成電路的標(biāo)準(zhǔn)工藝相兼容，并且摻錫氧化銦(ITO)電極中含有SnO2相，可以和SnO2薄膜形成良好的電接觸。以二氧化錫薄膜為核心Si/SnO2異質(zhì)結(jié)器件可以作為硅基發(fā)光器件。


圖1是Si/SnO2異質(zhì)結(jié)電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是電子束蒸發(fā)沉積的金屬錫薄膜場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片；圖3是實(shí)施例1的SnO2薄膜的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片；圖4是實(shí)施例1的SnO2薄膜的XRD圖譜；圖5是實(shí)施例1的Si/SnO2異質(zhì)結(jié)電致發(fā)光器件的室溫發(fā)光圖譜；圖6是實(shí)施例2的SnO2薄膜的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片；圖7是實(shí)施例2的SnO2薄膜的的XRD圖譜；圖8是實(shí)施例2的Si/SnO2異質(zhì)結(jié)電致發(fā)光器件的室溫發(fā)光圖譜。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的Si/SnO2異質(zhì)結(jié)電致發(fā)光器件，如圖1所示。在硅片1的拋光面自下而上依次沉積有SnO2薄膜層2和摻錫氧化銦導(dǎo)電薄膜層3，硅片的另一面沉積有金屬薄膜層4。
實(shí)施例11)將純度為99.99％金屬Sn顆粒放置在石墨坩鍋中，利用電子束蒸發(fā)，將金屬錫沉積在p型硅片的拋光面上，薄膜沉積過(guò)程中，工作腔真空度控制在2×10-3Pa，燈絲電壓8kV，沉積速率0.3nm·s-1。硅片襯底溫度保持在室溫并旋轉(zhuǎn)，沉積在硅片上的金屬錫薄膜厚度為300nm，薄膜的表面形貌如圖2所示；2)將沉積好金屬錫薄膜的樣品放置在石英舟中，在石英管式爐中進(jìn)行1000℃、1小時(shí)的氧化處理，氣氛是氧氣，完成后，金屬錫薄膜轉(zhuǎn)變成SnO2薄膜，樣品緩慢從爐管中取出并冷卻，SnO2薄膜的表面形貌如圖3所示，圖4是其XRD圖譜；3)在工作腔真空度為2×10-3Pa情況下，采用電子束蒸發(fā)法在硅片的另一面沉積金屬鋁薄膜，沉積完成后在360℃退火處理30min；4)以氬氣和氧氣為濺射反應(yīng)氣體，用磁控濺射的方法在SnO2薄膜表面沉積ITO導(dǎo)電薄膜，氬氣和氧氣的流量比為流量比為45∶5，濺射腔體中氣壓為0.7Pa時(shí)，得到Si/SnO2異質(zhì)結(jié)發(fā)光器件如圖1所示。
金屬薄膜接直流電源正極，ITO薄膜接直流電源負(fù)極，不同電壓電流下該器件的發(fā)光圖譜如圖5所示。
實(shí)施例21)將純度為99.99％金屬Sn顆粒放置在石墨坩鍋中，利用電子束蒸發(fā)，將金屬錫沉積在p型硅片的拋光面上，薄膜沉積過(guò)程中，工作腔真空度控制在2×10-3Pa，燈絲電壓8kV，沉積速率0.3nm·s-1。硅片襯底溫度保持在100℃并旋轉(zhuǎn)，沉積在硅片上的金屬錫薄膜厚度為300nm。
2)將沉積好金屬錫薄膜的樣品放置在石英舟中，在石英管式爐中進(jìn)行600℃、1小時(shí)的氧化處理，氣氛是氧氣，完成后，金屬錫薄膜轉(zhuǎn)變成SnO2薄膜，樣品緩慢從爐管中取出并冷卻，SnO2薄膜的表面形貌如圖6所示，圖7是其XRD圖譜。
3)在工作腔真空度為2×10-3Pa情況下，采用磁控濺射法在硅片的另一面沉積金屬金薄膜；4)以氬氣和氧氣為濺射反應(yīng)氣體，氬氣和氧氣的流量比為45∶5，在0.7Pa真空度情況下，用磁控濺射的方法在SnO2薄膜表面沉積ITO導(dǎo)電薄膜，由此制備得到Si/SnO2異質(zhì)結(jié)發(fā)光器件，在不同電壓電流下該器件的發(fā)光圖譜如圖8所示。
實(shí)施例31)同實(shí)施例1步驟1)，不同的是硅片襯底溫度保持在220℃；2)同實(shí)施例1步驟2)；3)同實(shí)施例1步驟3)，不同的是采用磁控濺射法在硅片的另一面沉積金屬鋁薄膜，沉積完成后在550℃退火處理10min；4)同實(shí)施例1步驟4)。
得到結(jié)構(gòu)如圖1所示Si/SnO2異質(zhì)結(jié)發(fā)光器件。
權(quán)利要求
1.一種Si/SnO2異質(zhì)結(jié)電致發(fā)光器件，其特征是在硅片(1)的拋光面自下而上依次沉積有SnO2薄膜層(2)和摻錫氧化銦導(dǎo)電薄膜層(3)，硅片的另一面沉積有金屬薄膜層(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Si/SnO2異質(zhì)結(jié)電致發(fā)光器件的制備方法，其特征是包括以下步驟1)將純金屬Sn顆粒放置在石墨坩鍋中，利用電子束蒸發(fā)，在p型硅片的拋光面上沉積金屬錫薄膜，薄膜沉積過(guò)程中，工作腔真空度控制在至少2×10-3Pa，硅片襯底溫度保持在室溫～220℃；2)將沉積好金屬錫薄膜的樣品在氧氣氣氛下，于600℃～1000℃進(jìn)行氧化處理，使金屬錫薄膜轉(zhuǎn)變成SnO2薄膜，從爐管中取出樣品并冷卻；3)工作腔真空度控制在至少10-3Pa，采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)的方法在硅片的另一面沉積金屬薄膜層；4)以氬氣和氧氣為濺射反應(yīng)氣體，用磁控濺射的方法在SnO2薄膜表面沉積摻錫氧化銦導(dǎo)電薄膜，得到Si/SnO2異質(zhì)結(jié)發(fā)光器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的Si/SnO2異質(zhì)結(jié)電致發(fā)光器件的制備方法，其特征是步驟3)沉積的金屬薄膜層為金屬鋁薄膜時(shí)，沉積完成后在360℃～550℃退火處理10min～30min。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的Si/SnO
文檔編號(hào)H01L33/00GK101060155SQ200710068640
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者楊德仁, 袁志鐘, 李東升 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)