专利名称：稀土复合离子注入发光材料制备方法
技术领域：
本发明涉及 一 种离子注入制备发光材料的方法，特 法别涉及一种稀土复合离子注入制备发光材料的方背景技术在各种各样固态发光材料的制备中，稀土离子经常被采用作为掺杂离子来实现各种波段的发光光源在制备稀土掺杂发光材料的方法中，离子注入是其中—个重要的掺杂手段，它采用非平衡掺杂的原理可实现远超过材料中稀土固溶度的掺杂密度，尤其是在半导体材料或薄膜材料的需要精密控制掺杂剂纯度的掺杂过程中，离子注入可以很好的满足这方面的需求德国最早报道了釆用离子注入稀土金属Er进入半导体材料单晶桂禾口石申化嫁中(美国Applied PhysicsLetters,1 9 8 3Vol 4 3page 9 4 3禾口 1985Vol 4 6page 3 8 1 )，并实现了低温下比较强
的发光，相关技术申请了欧洲专利。稀土材料单独作为离子形式存在时， 一般而、，它们是不具有光学活性的，它们只有在与其它元素离子形成配a物的+主 l冃况下，稀土离子才有可能作为发光中心存在。因此，稀土离子注入制备发光材料时一般都需要同时注入别的掺杂元素离子以期经过高温退火后与注入的稀土离子形成复合的发光中心，这加长了材料制备的周期，因而增加了材料制备的成本c发明内容本发明专利的巨的是提供一种稀土复合离子注入制备发光材料的方法其核心是在离子注入进行稀土离子掺杂时利用稀土复合离子同步注入掺入其它杂质离子无须低温、多次注入，实验重复性好，工艺简单 来iL，容易实现，适用于制备各种稀土掺杂固态发光材付本实用新型—种稀土复合离子注入制备发光材料的方法，其特征在于，其中包括如下步骤步骤1取—衬底步骤2:在该衬底上注入稀土离子的复合离子；步骤3 退火兀成发光材料的制备。 其中该衬底为体材料或体材料上的薄膜或量子异质结构中该量子异质结构包括量子阱、量子线、量子点-中至少一种。其中该衬底为半导体材料或为绝缘体材料。其中稀土离子包括所有1 6种稀土材料，它们是钇、镧、钸、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥或它们的组合。其中复合离子中除稀土离子之外的杂质离子包括氮、氧、氟、磷、硫、氯或它们的组合。其中复合离子注入时，复合离子的表示式为(RExRy) m + /-，其中RE代表稀土 ， R代表其它元素，包括氮、氧、氟.、磷、硫、氯或它们的组合，y可分别取为1，1.5 ，2，25 ，,3 ， m可取为1，2，3，4，5其中离子注入时，离子源采用稀土化合物起弧或采用稀土单质在相应的包含有杂质离子的其他化合物中起弧其中离子注入时的温度设定为零下2 0 0°C到800°C之间任息温度其中所述的退火的温度为2 0 0 。C至U 1 000°C之间任思温度
为进 一 步说明本发明的技术内容，以下结合实例及附图对本发明作 一 详细的描述，其中图1是稀土复合离子注入的示意图；图2是常温下采用稀土复合离子源ErF 1 +和ErF2 +注入到单晶硅中经在惰性气氛下退火后测得的低温光致发光谱3是常温下采用稀土复合离子源PrF2+注入到单曰 曰曰硅中经在惰性气氛下退火后测得的低温光致发光谱4是液氮温度(7 7 K)下采用稀土复合离子源PrF 2 +注入到单晶硅中经在惰性气氛下退火后测得的低温光致发光谱图；图5是常温下采用稀土金属铒单质在氟化硼气氛下起弧将ErF2+注入到单晶硅中经在惰性气氛下退火后测得的低温光致发光谱图；具体实施方式
本发明其核心是在离子注入进行稀土离子掺杂时利用复合离子同步注入掺入其它杂质离子，无须低温、多次注入，实验重复性好，工艺简单，容易实现，适 用于制备各种稀土掺杂发光材料。请参阅图l所示，本发明一种稀土复合离子注入 制备发光材料的方法，其中包括如下步骤-步骤1 :取 一 衬底，该衬底为体材料或体材料上 的薄膜或量子异质结构，该量子异质结构包括量子阱、 量子线、量子点中至少一种，该衬底为半导体材料或 为绝缘体材料 ，其中稀土离子包括所有1 6种稀土材料，它们是 钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、 铒、铥、镱、镥或它们的组合；其中复合离子中除稀土离子之外的杂质离子包括 氮、氧、氟、磷、硫、氯或它们的组合；其中复合离子注入时，复合离子的表示式为 (RExRy) m + /-，其中RE代表稀土 ， R代表其它元素， 包括氮、氧、氟、磷、硫、氯或它们的组合，x，y可 分别取为l，1.5，2，2.5，3， m可取为l， 2, 3,4,5其中离子注入时，离子源采用稀土化合物起弧， 或采用稀土单质在相应的包含有杂质离子的其他化合 物中起弧；其中离子注入时的温度设定为零下2 0 0 'C到80 0 °c之间任意温度；步骤2:在该衬底上注入稀土离子的复合离子； 步骤3 :退火，所述的退火的温度为2 0 0 'C到1 0 0 0 °C之间任意温度，完成发光材料的制备。请参阅图2，图2是常温下采用稀土复合离子源 ErF 1 +和ErF 2 +注入到单晶硅中经在惰性气氛下9 0 0 °C保持2分钟退火后测得的低温光致发光谱，注入 参数为注入能量为4 5 0 keV，剂量为2 . 5 x 1 0 1 4 /cm 2 ，激发光源采用氩离子激光器，光源波长为48 8纳米，激发功率为6 0毫瓦，斩波器频率为2 7 3赫兹；图3是常温下采甩稀土复合离子源PrF 2 +注入到单晶硅中经在惰性气氛下6 2 0 °C保持1小时退火后测得的低温光致发光谱，注入参数为注入能量为450 keV，齐!j量为2.5x1 0 1 4/cm2，激发光源采用氣离子激光器，光源波长为4 8 8纳米，激发功率为60毫瓦，斩波器频率为2 7 3赫兹；图4是液氮温度(7 7K)下采用稀土复合离子源PrF 2 +注入到单晶硅中经在惰性气氛下6 2 0 。C保持1小时退火后测得的低温光致发光谱，注入参数为注入能量为4 5 0 keV,齐U量为2 . 5 x 1 0 1 4 /cm 2 ,激 发光源采用氩离子激光器，光源波长为488纳米， 激发功率为6 0毫瓦，斩波器频率为2 7 3赫兹；图5是常温下采用稀土金属铒单质在BF3气氛下 起弧将ErF 2 +注入到单晶硅中经在惰性气氛下9 0 0 °C保持2分钟退火后测得的低温光致发光谱，注入参 数为注入能量为4 5 0 keV，齐U量为2 . 5 x 1 0 1 4 /cm2，激发光源采用氩离子激光器，光源波长为4 8 8纳米，激发功率为6 0毫瓦，斩波器频率为2 7 3 赫兹°
权利要求
1、一种稀土复合离子注入制备发光材料的方法，其特征在于，其中包括如下步骤步骤1取一衬底；步骤2在该衬底上注入稀土离子的复合离子；步骤3退火，完成发光材料的制备。
2 、根据权利要求1所述的 一 种稀土复合离子注 入制备发光材料的方法，其特征在于，其中该衬底为 体材料或体材料上的薄膜或量子异质结构。3、根据权利要求2所述的一种稀土复合离子注入制备发光材料的方法，其特征在于，其中该量子异质结构包括量子阱、虽子线、量子点中至少-一种'4、根据权利要求1或2所述的 一 种稀土复合离子注入制备发光材料的方法，其特征在于，其中该衬底为半导体材料或为绝缘体材料。5、根据权利要求1所述的 一 种稀土复合离子注入制备发光材料的方法，其特征在于，其中稀土离子包括所有1 6种稀土材料，它们是钇、镧、钸、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥或它们的组合。 6、根据权利要求1所述的一种稀土复合离子注入制备发光材料的方法，其特征在于，其中复合离子中除稀土离子之外的杂质离子包括氮、氧、氟、磷、硫、風或它们的组合。7、根据权利要求1所述的一种稀土复合离子注入制备发光材料的方法，其特征在于，其中智厶蛮 夏 n 闺子注入时，复合离子的表示式为(RExRy) m + /--,其中RE代表稀土，R代表其它元素，包括氮、氧、氟、p 、硫、飘或它们的组合，x， y可分别取为1 ，1 5 ， 2 ， 2 .5，3 ，可取为l，2，3， 4， 5。8、根据权利要求1所述的 一 种稀土复合离子注入制备发光材料的方法，其特征在于，其中离子注入时，离子源采用稀土化合物起弧，或采用稀土单质在相应的包含有杂质离子的其他化合物中起弧,9、根据权利要求1所述的 一 种稀土复合离子注入制备发光材料的方法，其特征在于，其中离子注入时的温度设定为零下2 0 0 °C至IJ 8 0 0 °C之间任意温度10、根据权利要求1所述的 一 种稀土复合离子注入制备发光材料的方法，其特征在于，其中所述的退火的温度为2 0 0 °C至lj 1 0 0 0 °C之间任意温度c
全文摘要
本发明一种稀土复合离子注入制备发光材料的方法，其特征在于，其中包括如下步骤步骤1取一衬底；步骤2在该衬底上注入稀土离子的复合离子；步骤3退火，完成发光材料的制备。其核心是在离子注入进行稀土离子掺杂时利用稀土复合离子同步注入掺入其它杂质离子，无须低温、多次注入，实验重复性好，工艺简单，容易实现，适用于制备各种稀土掺杂固态发光材料。
文档编号C09K11/77GK101153217SQ20061014064
公开日2008年4月2日 申请日期2006年9月29日 优先权日2006年9月29日
发明者余金中, 张建国, 成步文, 王启明, 王晓欣 申请人:中国科学院半导体研究所