[发明专利]具有锗晶分形团簇的Al/Ge双层膜的制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及到一种制备技术简单、形貌可控、重复性良好的铝(Al)诱导非晶锗(Ge)晶化形成分形团簇的制备方法，属于半导体薄膜制备工艺技术领域。

背景技术

金属/半导体复合薄膜是信息功能材料领域中广泛研究的热点课题，尤其在微电子器件、光电子元件以及太阳能电池等方面具有广阔的应用前景。对于处在同一主族的半导体硅(Si)和Ge来说，半导体Si已广泛的应用在许多领域，虽然Ge的应用没有Si那么广泛，但相比Si材料来说，Ge具有独特的性能，比如较大的介电常数和较小的载流子质量。另外，单晶Ge薄膜具有很高的折射率，对红外光透明而对可见光和紫外光不透明，可用来制作锗窗，红外探测器设备，红外光学镜头系统等，是一种良好的红外光学材料。多晶Ge薄膜具有较高的载流子迁移率和稳定的光电性能，在光纤、电子设备和太阳能电池等领域有着广泛的应用。随着薄膜科学的发展和成膜技术的不断进步，已有可能对薄膜的制备和性能进行精密控制，使其获得良好的再现性，因此对半导体薄膜结构和性质的探究是其获得实际应用的必然要求。在半导体电子器件与工艺研究的发展过程中，非晶态半导体与某些金属接触的晶化研究越来越深入。随着纳米技术的日臻完善，金属Al诱导非晶半导体Ge的晶化方法已经涉及到微电子器件和光电子元件的小型化问题。本发明利用一种简单易行的真空热蒸发方法，通过控制薄膜的厚度、退火温度和时间，在氮气氛围下实现Al诱导非晶半导体Ge在Al的三叉晶界处的晶化，实现了在Al/Ge双层膜中利用Al诱导制备出具有Ge分形团簇特征的纳米薄膜。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备技术简单、形貌可控、重复性良好的Al诱导非晶锗Ge晶化形成分形团簇的方法。

本发明一种具有锗晶分形团簇的Al/Ge双层膜的制备方法，其特征在于具有以下过程和步骤：

    a. 将一定质量的高纯Ge(纯度99.9999 wt.%)和高纯Al(纯度99.9 wt.%)分别放置于真空热蒸发装置中的钼舟上。衬底选择单晶Si(100)晶面；在室温下当真空度优于2.67×10^-3Pa时，在室温条件下先蒸发半导体Ge，通过调节电流和电压的大小，控制Ge的蒸发沉积速率约为0.5到1 ?/s；然后再蒸发金属Al，控制沉积速率约为5到10 ?/s， 通过膜厚显示仪控制Al和Ge薄膜厚度分别为40和45 纳米；即可得到室温下的Al/Ge双层膜；

b. 将室温条件下制备的Al/Ge双层膜置于管式炉中，在氮气氛围保护下，将薄膜样品在300℃~500℃范围退火60分钟；管式炉采用程序控温，升温速率为5℃/秒，恒温退火后，自然冷却，在整个退火过程中保持氮气的持续流通；在400℃退火时，可以获得分形维数为1.82和1.88的Ge分形团簇纳米薄膜，其分形结构表现出细枝杈和开放的结构，为具有锗晶分形团簇的Al/Ge双层膜的最佳温度。

c. 经扫描电镜(SEM)观察发现：Ge分形团簇中间位置镶嵌着一个白色的大晶粒，经电子能量损失谱(EDS)分析证实为Al晶粒，这一事实进一步证明了Ge分形团簇的有利成核位置在Al三叉晶界位置。

    本发明的特点是通过控制真空热蒸发技术参数和退火条件，采用Al诱导非晶Ge成核的方法成功制备出具有Ge分形团簇的Al/Ge双层薄膜。我们发现Ge分形团簇上镶嵌着一个白色的大晶粒，经电子能量损失谱(EDS)分析证实为Al晶粒，这一事实进一步证明了Ge分形团簇的有利成核位置在Al三叉晶界位置。本发明方法制备技术简单、形貌可控、重复性良好。随着薄膜技术的不断发展，多晶半导体薄膜（Si或Ge）在薄膜晶体管和太阳能电池方面越来越重要，在应用过程中遇到的许多科学问题亟待解决，因而本发明在半导体工业，如：微电子器件和光电子元件等领域具有潜在的应用价值。

附图说明

    图1为本发明制备所得的Al/Ge双层膜在室温和不同退火温度下的扫描电镜图(SEM)。

    图2为本发明制备所得的Al/Ge双层膜在室温和不同退火温度下的X射线衍射图(XRD)。

    图3为本发明制备所得的Al/Ge双层膜在400℃氮气保护下退火60分钟制备所得薄膜的原子力显微镜图(AFM)。

    图4为本发明制备所得的Al/Ge双层膜在400℃氮气保护下退火60分钟制备所得薄膜的分形形态特征、电子能量损失谱(EDS)和分形维数计算图。

    图5为本发明制备所得的Al/Ge双层膜在室温和不同退火温度下的拉曼(Raman)谱图。

具体实施方式