[发明专利]基于化学气相输运法制备针状磷化硅晶体的方法

说明书

本发明公开了一种基于化学气相输运法制备针状磷化硅晶体的方法，包括以下步骤：在石英管的生长端一侧放置一基底，在石英管的反应端一侧放置源材料和输运剂，对石英管进行抽真空，抽真空后密封石英管，其中，源材料为单质硅和单质红磷的混合物，输运剂为KCl；对石英管的反应端和生长端同时加热13～18h，加热后随炉冷却至室温20～25℃，在基底上得到针状磷化硅晶体，其中，反应端的加热温度为1100‑1050，生长端的加热温度为670～900℃。本发明利用化学气相输运法实现了针状磷化硅晶体材料的制备，为IVA‑VA新型半导体材料合成提供经验，也为化学气相输运法生二维晶体材料提供有利支撑。

技术领域

本发明属于化学气相输运法制备针状磷化硅晶体技术领域，具体来说涉及一种基于化学气相输运法制备针状磷化硅晶体的方法。

背景技术

磷化硅(SiP)晶体是属于IVA-VA的一种新型的半导体材料，因其具有高载流子迁移率、优异光电性能引起人们的广泛关注。化学气相输运法是一种传统的生长单晶和提纯原料的方法。利用化学气相输运法生长晶体时，会考虑反应物的物化性质。通常来说，一种物质的气化点较低，另一种物质的气化点较高时，加入输运剂后能够成功制备晶体。虽然，Si元素气化点高、P元素气化点低，符合化学气相输运法的制备经验，但是，P元素气化后具有高饱和蒸汽压的特点，因此易爆炸，所以SiP晶体不能够在敞开体系中制备。而化学气相沉积法(CVD)和物理气相沉积法(PVD)都是在敞开体系中去制备材料，不适合SiP晶体的制备。虽然分子束外延是一个很好的制备材料的方法，但是其成本太高不适合大规模制备。

发明内容

针对磷蒸汽易爆炸的问题，本发明的目的在于提供一种基于化学气相输运法制备针状磷化硅晶体的方法，该方法使用化学气相输运法成功制备针状磷化硅晶体材料。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种基于化学气相输运法制备针状磷化硅晶体的方法，包括以下步骤：

1)准备一石英管，所述石英管的两端分别为反应端和生长端，在所述石英管的生长端一侧放置一基底，在所述石英管的反应端一侧放置源材料和输运剂，对所述石英管进行抽真空，抽真空后密封所述石英管，以使该石英管的管内压强为2×10^-6-3.5×10^-4Pa，其中，按质量份数计，所述源材料和输运剂的比为(2～4)：1，所述源材料为单质硅和单质红磷的混合物，按质量份数计，所述单质硅和单质红磷的比为1：(1～4)，所述输运剂为KCl；

在所述步骤1)中，所述基底为云母。

在所述步骤1)中，所述石英管的长度为30～40cm，内径为11～13mm。

在所述步骤1)中，所述源材料的质量为2～6mg。

在所述步骤1)中，所述基底的面积份数与所述源材料的质量份数的比为(1～3)：(1～2)，所述面积份数的单位为cm²，所述质量份数的单位为mg。

2)对所述石英管的反应端和生长端同时加热13～18h，加热后随炉冷却至室温20～25℃，在所述基底上得到针状磷化硅晶体，其中，所述反应端的加热温度为1100-1050，所述生长端的加热温度为670～900℃。

在所述步骤2)中，所述反应端和生长端之间石英管的温度梯度为5～12.7℃/cm。

在所述步骤2)中，所述反应端的升温速率为1-10℃/min，所述生长端的升温的速率为1-10℃/min。

本发明利用化学气相输运法实现了针状磷化硅晶体材料的制备，为IVA-VA新型半导体材料合成提供经验，也为化学气相输运法生二维晶体材料提供有利支撑。

附图说明

图1为本发明实施例1得到针状磷化硅晶体的光学显微镜照片；