专利名称：在硅片基板上沉积光致发光氢化非晶碳化硅薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及在硅片衬底上沉积具有室温下可见光致发光特性的氢化非晶碳化硅
薄膜的方法。
背景技术：
随着计算机与多媒体技术的快速发展，人们已不满足仅仅用电来实现信息的传 输、处理和存储，而希望将光器件与微电子器件结合在一起以实现单片光电集成，特别是硅 基光电子集成芯片，其中，对硅基发光材料与器件的研究一直是人们关注的热点之一。迄今 为止，国际上已提出多种技术路线来提高硅基材料的发光效率和发光特性。非晶硅基材料 因其在光电器件上的广泛应用前景，使得对它们的研究备受关注。近年来，对非晶硅基薄膜 材料，包括氮化硅，碳化硅，氧化硅材料的光学性质特别是发光性质的研究日益受到重视。 碳化硅作为一种宽带隙半导体材料，该材料宽带隙的特性使其在短波长发光领域具有潜在 的应用前景。氢化非晶态碳化硅薄膜的结构、光学和电学性能可以通过调节该材料的碳、硅 以及氢组分来控制。这种高度的可控性使其在太阳电池、异质节结构、发光二极管、耐高温 工程材料等方面得到应用。此外，碳化硅还具有高载流子饱和漂移速率、高热导率、高临界
击穿电场等优良的物理化学特性，适合于制作抗辐射、耐高温、高频、高功率的半导体器件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在硅片基板上沉积具有光致发光性能的氢化非晶碳 化硅薄膜的方法。 本发明的在硅片基板上沉积光致发光氢化非晶碳化硅薄膜的方法，采用的是射频 电容耦合等离子体增强化学气相沉积法，该方法包括以下步骤 1)将清洗后的硅片基板放入射频电容耦合等离子体增强化学气相沉积装置的反 应室中，反应室真空度抽至1 X 10—4 3 X 10—4Pa，室温下通入20sccm流量的H2，压力保持在 50Pa，射频辉光功率IOOW，放电10 30min，进一步清洗硅片基板； 2)以H2稀释至体积浓度为5 20 %的SiH4和C2H4的混合气体为反应气源，C2H4/ (C2H4+SiH4)摩尔比为0. 33 0. 99，混合气体以流量22 70sccm引入真空反应室中，在基 板温度为室温 350°C ， 30 60Pa压力，射频功率20 150W下，产生辉光进行反应，在硅 片基板上沉积光致发光氢化非晶碳化硅薄膜。 为了使氢化非晶碳化硅薄膜与硅片基板结合更牢固，提高薄膜的发光效率和稳
定性。可将制得的光致发光氢化非晶碳化硅薄膜原位在压力0 4000Pa的H2氛围下，于
350 60(TC下退火30 90min。样品的原位退火可有效防止样品的二次污染和氧化。 本发明方法沉积在硅片基板上的氢化非晶碳化硅薄膜的厚度，由薄膜沉积时间来
决定。通过调节反应气源中C2H"((^H4+SiH》摩尔比，可以改变薄膜中的碳含量，从而得到
具有不同光学带隙，从蓝紫光到橙黄光全波段不同波长光致发光峰的薄膜。 本发明制备方法简单，制得的氢化非晶碳化硅薄膜均匀性好，光致发光强烈，普通
3室内照明条件下肉眼可见，样品的原位退火可有效提高薄膜的发光效率和稳定性，防止样 品的二次污染和氧化，制得样品可广泛应用于发光二极管、光敏器件、太阳电池、异质节结 构等方面。
图1是光致发光谱及实拍照片图；
图2是光致发光对比图。
具体实施方式
实施例1 将硅片基板清洗干净后放入射频电容耦合等离子体增强化学气相沉积装置的反 应室中，反应室真空抽至1. 7X 10—4Pa，室温下通入20sccm流量的氢气，压力保持在50Pa， 射频电源功率IOOW，辉光放电10min对基板做进一步的清洁处理；以H2稀释至体积浓度为 10%的SiH4和C2H4的混合气体为反应气源，该两种气体分别由质量流量控制计控制输入装 置的混气室，SiH4流量20sccm， C2H4流量20sccm，混合均匀后引入真空反应室中，在室温， 50Pa压力，射频功率50W下，沉积30min，在硅片基板上沉积光致发光氢化非晶碳化硅薄膜， 在350nm的氤灯光线照射下，样品的光致发光波长范围覆盖400 550nm，光致发光主峰在 433nm，室温下室内光照条件下肉眼可见。该样品光致发光谱及实拍照片如图1所示。
实施例2: 将硅片基板清洗干净后放入射频电容耦合等离子体增强化学气相沉积装置的反 应室中，反应室真空抽至2. 2 X 10—4Pa，室温下通入20sccm流量的氢气，压力保持在50Pa，射 频电源功率IOOW，辉光放电10min对基板做进一步的清洁处理；以H2稀释至20%的SiH4和 (:2114的混合气体为反应气源，该两种气体分别由质量流量控制计控制输入装置的混气室， SiH4流量20sccm， C2H4流量2sccm，混合均匀后引入真空反应室中，在室温，50Pa压力，射频 功率50W下，沉积30min，在硅片基板上沉积光致发光氢化非晶碳化硅薄膜，在350nm的氤灯 光线照射下，样品的光致发光波长范围覆盖450 650nm，主峰在569nm，室温下室内光照条 件下肉眼可见。
实施例3: 将硅片基板清洗干净后放入射频电容耦合等离子体增强化学气相沉积装置的反 应室中，反应室真空抽至1.4X10—乍a，室温下通入20sccm流量的氢气，压力保持在50Pa，射 频电源功率IOOW，辉光放电10min对基板做进一步的清洁处理；以H2稀释至5%的SiH4和 (:2114的混合气体为反应气源，该两种气体分别由质量流量控制计控制输入装置的混气室， SiH4流量20sccm， C2H4流量10sccm，混合均匀后引入真空反应室中，在室温，50Pa压力，射频 功率50W下，沉积30min，在硅片基板上沉积光致发光氢化非晶碳化硅薄膜。随后停止通入 反应气体，仅通入氢气20sccm，将沉积好的薄膜在3000Pa的氢气氛围中，60(TC退火30min。 在350nm的氙灯光线照射下，样品光致发光波长范围覆盖400 550nm，主峰在425nm，相比 同样条件制备但未退火处理的样品，发光强度增加了 3. 04倍，光致发光对比图如图2所示。 室温下室内光照条件下肉眼可见。
实施例4:
将硅片基板清洗干净后放入射频电容耦合等离子体增强化学气相沉积装置的反 应室中，反应室真空抽至1.8X10—乍a，室温下通入20sccm流量的氢气，压力保持在50Pa，射 频电源功率IOOW，辉光放电10min对基板做进一步的清洁处理；以H2稀释至10%的SiH4和 (:2114的混合气体为反应气源，该两种气体分别由质量流量控制计控制输入装置的混气室， SiH4流量20sccm， C2H4流量10sccm，混合均匀后引入真空反应室中，在IO(TC ， 50Pa压力，射 频功率150W下，沉积30min，在硅片基板上沉积光致发光氢化非晶碳化硅薄膜，在350nm的 氙灯光线照射下，样品的光致发光波长范围覆盖450 550nm，主峰在505nm，室温下室内光
照条件下肉眼可见。
实施例5 : 将硅片基板清洗干净后放入射频电容耦合等离子体增强化学气相沉积装置的反 应室中，反应室真空抽至1.9X10—乍a，室温下通入20sccm流量的氢气，压力保持在50Pa， 射频电源功率IOOW，辉光放电10min对基板做进一步的清洁处理；以H2稀释至10%的SiH4 和C2H4的混合气体为反应气源，该两种气体分别由质量流量控制计控制输入装置的混气 室，SiH4流量20sccm， C2H4流量10sccm，混合均匀后引入真空反应室中，加热基板温度为 350°C ，在50Pa压力，射频功率150W下，沉积30min，在硅片基板上沉积光致发光氢化非晶碳 化硅薄膜，在350nm的氙灯光线照射下，样品的光致发光波长范围覆盖500 650nm，主峰在 562nm，室温下室内光照条件下肉眼可见。
权利要求
在硅片基板上沉积光致发光氢化非晶碳化硅薄膜的方法，其特征包括以下步骤1)将清洗后的硅片基板放入射频电容耦合等离子体增强化学气相沉积装置的反应室中，反应室真空度抽至1×10-4～3×10-4Pa，室温下通入20sccm流量的H2，压力保持在50Pa，射频辉光功率100W，放电10～30min，进一步清洗硅片基板；2)以H2稀释至体积浓度为5～20％的SiH4和C2H4的混合气体为反应气源，C2H4/(C2H4+SiH4)摩尔比为0.33～0.99，混合气体以流量22～70sccm引入真空反应室中，在基板温度为室温～350℃，30～60Pa压力，射频功率20～150W下，产生辉光进行反应，在硅片基板上沉积光致发光氢化非晶碳化硅薄膜。
2. 根据权利要求1所述的在硅片基板上沉积光致发光氢化非晶碳化硅薄膜的方法， 其特征是将制得的光致发光氢化非晶碳化硅薄膜原位在压力0 4000Pa的H2氛围下，于 350 60(TC下退火30 90min。
全文摘要
本发明公开的在硅片基板上沉积光致发光氢化非晶碳化硅薄膜的方法，采用的是射频电容耦合等离子体增强化学气相沉积，先将清洗后的硅片基板放入反应室，反应室抽真空，通入H2，射频辉光放电进一步清洗硅片基板；然后通入H2稀释的SiH4和C2H4气体作为反应气源，射频辉光放电，在硅片基板上沉积光致发光氢化非晶碳化硅薄膜。沉积制得的薄膜可以后续原位在H2氛围低温退火，增加薄膜的发光效率和稳定性。本发明制备方法简单，制得的氢化非晶碳化硅薄膜均匀性好，光致发光强烈，普通室内照明条件下肉眼可见，样品的原位退火可有效防止样品的二次污染和氧化，制得样品可广泛应用于发光二极管、光敏器件、太阳电池、异质节结构等方面。
文档编号C23C16/32GK101705475SQ200910153858
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月16日 优先权日2009年11月16日
发明者张溪文, 李喆, 韩高荣 申请人:浙江大学