[发明专利]聚合物辅助沉积制备外延锗薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及在单晶硅(Si)基底上制备高度有序锗(Ge)薄膜的方法。

背景技术

类似金刚石结构的锗和硅的空间点阵群为Fd3m (a_Ge= 5.6576 ?; a_Si= 5.4309 ?)。相对小的晶格错配(4.17%)使得在硅基底上生长高度有序锗薄膜是可能的。高度有序锗薄膜是由排列规整的最有序的外延膜的晶体材料组成。另外，由于在近红外波段具有很高的载流子迁移率和大的吸光系数，锗(Ge)成为一种最受关注的半导体材料广泛应用于各种领域。例如，锗的带隙很小，使得它成为1.3 – 1.6微米波长范围内的光探测器和调节器的候选材料。而锗的高载流子迁移率使得它有望用于制作电脑和交换器的高速晶体管。

目前，锗薄膜都是用分子束外延(MBE)和化学气相沉积(CVD)方法(如中国发明专利CN1995451A公布的方法为等离子辅助反应热化学气相沉积法制备微晶硅锗薄膜)制备的。这些方法相对昂贵和复杂。为了降低锗层和硅基底之间的晶格应变力，通常也需要在单晶硅基底和锗层之间做一个缓冲层(如中国发明专利CN101246819A公开了一种含有单晶Si缓冲层和单晶Si_1-xGe_x的应变锗薄膜的制备方法)。因此使用简单便宜的方法在单晶硅(Si)基底上制备晶格错配的锗(Ge)薄膜是非常需要的。

发明内容

1、本发明的目的。

本发明为了解决分子束外延和化学气象沉积方法成本昂贵、方法复杂，在单晶硅基底和锗层之间做一个缓冲层，所带来的成本增加，而提成的一种低成本、制备过程简单的锗薄膜的制备方法。

2、本发明所采用的技术方案。

为了更好的阐述本发明的目的，这里我们进行具体描述，首先制备涂敷溶液，然后在单晶硅基底上制备晶格错配的锗薄膜，具体按照如下过程制备：

步骤1 通过质量分数为70-90%的混合水、2-10%的氧化锗或四氯化锗、4-10%的乙二胺四乙酸和14-15%的聚乙烯二胺制备得到前驱体溶液，再将其进行超滤得到水溶性涂敷溶液；

步骤2 将耐热温度大于等于500摄氏度的基底清洗干净；

步骤3 将所述步骤1的涂敷溶液旋涂到步骤2所述的基底，根据溶液中锗的浓度和旋涂的次数调节锗薄膜的厚度，使得锗薄膜的厚度大于等于25nm；

步骤4 在大于等于500摄氏度下，将步骤3中的旋涂涂敷溶液的基底置于纯氢气或氢气和氮气组成的合成气中退火处理。

更进一步，所述的步骤1中水溶性涂敷溶液制备过程：

将乙二胺四乙酸溶于水中，再加入聚乙烯二胺，混合至形成澄清液，再加入化合物搅拌过夜后，得到带有些许沉淀的清液；过滤除去沉淀，将得到的澄清滤液稀释，再置于超滤杯中超滤以除去分子量低于10000 g/mol的杂质，最后将溶液浓缩。

更进一步，在步骤2之前还包括将基底清洗的步骤：

步骤a 首先使用浓硫酸和双氧水体积比为3:1的混合溶液将基底清洗；

步骤b 将基底用水洗，并用氮气吹干；

步骤c将吹干后的基底放入40%质量分数的氟化铵水溶液刻蚀；

步骤d 用离子水清洗。

所述的步骤2中的基底可以为单晶硅基底优，优选单晶硅基底。

优选900摄氏度进行退火处理。

3、本发明的有益效果。

（1）、本发明制备过程对环境要求较低，不需要真空环境；

（2）、本发明的锗薄膜具有很好的结晶度和外延膜质量；

（3）、本发明的锗薄膜的霍尔迁移率较高；

（4）、本发明锗薄膜和基底之间的界面是干净和平整的，晶格错配且高度有序。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1-3分别为本发明在(001)晶面的硅基底上制备的外延与晶格错配的锗薄膜的X射线衍射(XRD)图，图1为θ-2θ扫描图，图2为晶面(004)峰的摇摆曲线，图3是从锗膜和硅基底的晶面(220)峰得到的Φ扫描图。

图4和图5为本发明的外延锗薄膜的原子力显微镜(AFM)照片。图4为锗薄膜的表面形貌图。图5为锗薄膜的三维拓扑图像。

图6和7为本发明的外延锗薄膜和硅基底的电子显微镜(TEM)照片。图6为TEM图，其中插图是锗和硅的快速傅里叶变换(FFT)图。图7为锗薄膜和硅基底界面的的TEM图。