一种硅基锗量子点复合结构材料、其制备方法及应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种硅基锗量子点复合结构材料，所述复合结构材料包括多孔硅基底和生长在所述多孔硅基底上的锗量子点。本发明采用超声增强的办法提高硅基底的腐蚀速率和孔的均匀性，在量子点生长方面采用磁控溅射和后期退火的生长过程；本发明提供的硅基锗量子点复合结构材料具有较高的光电转化效率；制备方法安全性高，且操作简单，工业化前景好。
【专利说明】
一种硅基锗量子点复合结构材料、其制备方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体材料的制备领域，具体涉及一种硅基锗量子点复合结构材料、其制备方法及应用。
【背景技术】
[0002]量子点(Quantum Dot)是准零维(Quas1-zero-dimens1nal)的纳米材料，由少量的原子所构成。粗略地说，量子点三个维度的尺寸都在10nm以下，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应(Quantum Conf inementEffect)特别显著。
[0003]制备高效率的太阳能电池是解决当前能源危机的有效途径之一。提高太阳能电池转化效率的主要途径有两种:第一种是在电池中制备锥状或孔状等“陷光”结构，增加光线传输光程，提高电池的光电转化效率；第二种是通过制备特殊结构的半导体材料，拓宽太阳能电池活性层的光谱响应范围，提高其最终转化效率。
[0004]在第二种办法中，利用量子点材料的带隙随直径减小而变大的特点，设计叠层结构的量子点太阳能电池提高电池的光电转化效率已经成为当前的研究热点，并在实验中逐步得到验证。在材料选取上，由于硅(Si)、锗(Ge)量子点的材质及制备工艺同传统的半导体行业具有良好的兼容性，其量子点材料的光电性能及在太阳能电池领域的应用受到广泛关注。其中，锗量子点的激子波尔半径(exciton Bohr radius)可达24nm,远大于娃的激子波尔半径(5nm),在较大尺寸下就可以观察到明显的量子限域效应(quantum confinementeffect)，容易实现量子点的带隙调节，具有巨大的开发价值。
[0005]现有技术已有可以在非平面硅基底上生长硅锗量子阱的方法。量子阱是指由2种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱。粗略地说，量子阱只在一个维度上的尺寸在10nm以下，结构上可以近似认为是二维材料。
[0006]对于量子点的制备方法，目前存在量子点尺寸较大、量子点密度不高、工艺流程复杂等问题，限制了量子点材料在实际器件中的进一步应用。
[0007]因此，本领域亟待开发一种硅基锗量子点的复合结构材料，所述复合结构材料的量子点密度较高，尺寸较大，且生产工艺简单。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种硅基锗量子点复合结构材料，所述复合结构材料中量子点的密度较高，量子点尺寸较大，光电转化率高。
[0009]本发明所述硅基锗量子点复合结构材料包括多孔硅基底，和生长在所述多孔硅基底上的锗量子点。
[0010]多孔娃(Porous Silicon)是在娃表面通过电化学腐蚀的方法形成的,具有以纳米硅晶粒为骨架的海绵状结构的新型功能材料。
[0011]本发明提供的在多孔硅基底上生长锗量子点的硅基锗量子点复合结构材料，具有多孔“陷光”结构，增加了光线的传输光程，提高了硅基锗量子点复合结构材料的光电转化效率。另外，多孔硅的比表面积较大，增加了生长在多孔硅上的量子点的密度。
[0012]本发明所述的生长在多孔硅基底上的锗量子点三个维度的尺寸优选都在20nm以下。
[0013]本发明提供的硅基锗量子点复合结构材料的光电转化率较生长有锗量子点的平面硅基底材料提高10%以上。
[0014]本发明的目的之二是提供一种如目的之一所述的硅基锗量子点复合结构材料的制备方法。
[0015]本发明所述硅基锗量子点复合结构材料的制备方法为将硅基底腐蚀得到多孔硅基底，然后在所述娃基底上生长错量子点。
[0016]通过先将硅基底腐蚀得到多孔硅基底，之后在其上生长锗量子点后即可得到目的之一所述的硅基锗量子点复合结构材料，实现增加硅基底比表面积，从而提高其上生长的锗量子点的密度和尺寸的目的，且多孔硅表面的“陷光”增加了光线的传输光程，提高了光电转化率。
[0017]具体地，本发明所述硅基锗量子点复合结构材料的制备方法包括如下步骤:
[0018](I)提供一硅基底，并对其进行清洗，得到一个清洁的硅基底；
[0019](2)腐蚀清洁的硅基底，制备多孔硅基底；
[0020](3)在所述多孔硅基底上沉积锗薄膜；
[0021](4)将沉积有锗薄膜的多孔硅基底退火生长锗量子点。
[0022]图1是本发明所述硅基锗量子点复合结构材料的制备方法的工艺流程图。
[0023]其中，步骤(I)所述的清洗步骤本发明没有具体限定，只要能够得到一个清洁的硅基底，任何的清洗方法均可用于本发明。所述清洁的硅基底意指去除了表面的灰尘、油污的硅基底。
[0024]优选地，所述清洗硅基底的步骤为重复进行如下操作:依次分别用自来水超声清洗3?5min,去离子水超声清洗3?5min,乙醇和/或丙酮超声清洗5?1min ;优选重复I?5次。
[0025]步骤(2)是腐蚀硅基底以得到多孔硅。本发明对多孔硅的制备方法不做限定，任何本领域技术人员能够获得的多孔硅的制备方法均可用于本发明，如电化学腐蚀法(或称阳极氧化法)、化学蒸汽腐蚀法、水热腐蚀法、化学腐蚀法(或称染色法)等。
[0026]电化学腐蚀法是采用钼丝或石墨作阴极，单晶硅片作阳极，在含HF酸的混合溶液中进行电化学腐蚀。化学蒸汽腐蚀法是采用HNO3和HF混合液体蒸发的气体腐蚀硅片的方法,并通过改变HNO3和HF混合液的比例、温度、腐蚀时间调整腐蚀效果。水热腐蚀法一般在高压釜中进行，腐蚀液一般有HF水溶液系列、LiF+HN03水溶液系列、HF+HN03水溶液三个系列；水热腐蚀法中除了溶液的组份外，水热过程的可控因素还包括水热反应的温度、反应室中溶液的填充度(用来调整反应室内的压强和反应时间)等调控因素。
[0027]化学腐蚀法是在室温下一定配比的HF、HNO3> H2O溶液中进行的，反应是各向同性自催化氧化化学反应，这种氧化化学反应要求有阳极与阴极，而腐蚀过程没有外接电压，所以硅表面上的点便作为随机分布的局域化阳极与阴极，由于这些局域化电解电池的作用，硅片表面发生了氧化反应并引起相当大的腐蚀电流。化学腐蚀法得到的多孔硅的腐蚀效果与硅片表面的缺陷、硅片表面清洁程度、硅片导电类型和电阻率、腐蚀液的成分、腐蚀温度和时间等因素有关。
[0028]化学腐蚀法不需电极和高压釜，操作过程安全便捷，易于和现在的工业生产设备相结合，因此，本发明优选化学腐蚀法制备多孔硅。
[0029]但现有技术的化学腐蚀法具有腐蚀液腐蚀性强(如HF腐蚀液)，操作危险的缺点，因此本发明优选用碱性腐蚀液对硅基底进行腐蚀。
[0030]优选地，本发明所述腐蚀硅基底采用超声增强化学腐蚀法腐蚀硅基底，具体为将清洗后的硅基底置于腐蚀溶液中，开启超声，进行腐蚀。
[0031]本发明采用超声机械作用，增强溶液流动性，加快碱性溶液对硅基底的腐蚀，实现了在不同晶向的硅基底上制备出孔洞状微纳结构；且提高了多孔硅的制备效率，腐蚀液相较于现有技术也安全的多，操作简单。
[0032]优选地，所述腐蚀溶液为碱性溶液，优选氢氧化钠溶液。以氢氧化钠计，本发明所述腐蚀溶液的浓度为 5 ?30wt%,例如 6wt%、10wt%、14wt%、17wt%、21wt%、24wt%、29wt% 等。
[0033]本发明所述超声增强化学腐蚀法中超声的功率为O?30W，例如6W、10W、18W、23W、28W、29W 等；所述腐蚀的时间为 10 ?120min，例如 12min、17min、23min、29min、36min、48min、60min、78min、95min、116min 等。
[0034]其中，所述OW意指不开启超声。
[0035]步骤(2)之后，需要在得到的多孔硅基底上生长锗量子点。锗量子点的生长工艺目前主要采用气相法和相分离法这两种技术方法。
[0036]气相法生长锗量子点一般采用超高真空化学气相沉积法(UV-CVD)或分子束外延法(MBE)，将含有锗原子的气源沉积到基底之上，实现锗量子点在基底上以S-K模式实现自组装生长，最终得到锗量子点。气相法生长锗量子点对基底的清洁要求较高，一般需要对硅基底进行预处理(例如用化学刻蚀的方法清洗基底)。另外，气相法生长锗量子点的生长过程中，对基底温度、气源的流量、缓冲层的厚度和层数都有严格的控制和要求，这些因素直接决定了锗量子点的尺寸、形貌和密度分布等物理特性，最终也会引起锗量子点材料的带隙变化和相应的光电特性。
[0037]相分离法生长锗量子点的主要生长步骤是在基底上首先生长一定厚度的缓冲层，之后交替生长锗层和基质层(Si02、Si3N4)或共沉积锗与基质层，最后利用锗相对于基质层材料结晶温度较低的特点，通过高温退火实现锗量子点的制备。
[0038]从锗量子点的实际制备结果来看:气相法生长锗量子点可以实现自组装生长，能够有效地控制锗量子点的尺寸和密度，但从实际应用的角度考虑，存在成本过高、操作复杂、不易工业化的缺点；相分离法生长锗量子点尽管可以有效控制量子点的尺寸，但由于退火过程中的元素扩散，造成锗量子点极易被基质元素掺杂，同时在结晶过程中由于受到基质层的应力作用，量子点的形貌差距较大，晶体内部的缺陷态过多，影响了人为控制量子光电性能的准确性。
[0039]本发明提供的是一种在多孔硅上生长锗量子点的复合结构材料和其制备方法，因此任何一种锗量子点的生长方法均可用于步骤(2)之后的锗量子点的生长。但是，目前锗量子点的制备普遍存在锗量子点的尺寸、密度不可控，成本高，操作复杂，工业化可能小，量子点形貌差，缺陷多等诸多问题。因此，本发明优选在步骤(2)得到的多孔硅上沉积锗薄膜，之后退火生长锗量子点。
[0040]因此，步骤(3)为在步骤(2)所述多孔硅上形成锗薄膜，其主要目的是在多孔硅上均匀的分布锗原子，以保证后续退火过程中形成的锗量子点具有较好的形貌和均匀性。
[0041]本发明所述沉积锗薄膜的方法选自CVD (化学气相沉积)、MBE (分子束外延生长)、PLD (脉冲激光沉积)或射频磁控溅射法中的任意I种。
[0042]CVD (Chemical Vapor Deposit1n,化学气相沉积)是指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸汽及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。
[0043]本发明所述CVD形成锗薄膜的方法典型但非限制性的为:将多孔硅基底置于反应室(如管式炉)中，在保护性气氛条件下，将含有锗元素的气态反应剂，例如GeH4引入反应室，高温(如10(TC)保持20min，进行气相化学沉淀，得到形成于多孔硅上的锗薄膜。
[0044]MBE (Molecular Beam Epitaxy，分子束外延生长)是指将基底放置在超高真空腔体中，和将需要生长的单晶物质按元素的不同分别放在喷射炉中，由分别加热到相应温度的各元素喷射出的分子流能在上述衬底上生长出极薄的单晶体和几种物质交替的超晶格结构，其厚度可薄至单原子层水平。
[0045]本发明所述MBE形成锗薄膜的方法典型但非限制性的为:将多孔硅基底置于超高真空腔体中，将锗元素放在喷射炉中，加热至300?600°C，喷射出锗原子流，从而在多孔硅基底上生长出锗薄膜。
[0046]PLD (Pulsed Laser Deposit1n，脉冲激光沉积)是脉冲激光光束聚焦在固体革巴面上，激光超强的功率使得靶物质快速等离子化，然后溅镀到目标物上。
[0047]本发明所述PLD形成锗薄膜的方法典型但非限制性的为:采用脉冲激光光束聚焦在固体锗靶的靶面上，使得锗原子快速等离子化，然后溅镀到多孔硅基底上。
[0048]磁控溅射是指电子在电场的作用下，在飞向基片过程中与Ar原子发生碰撞，使其电离产生出Ar +离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar +离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。
[0049]本发明步骤(3)所述在多孔硅基底上沉积锗薄膜的方法优选射频磁控溅射法。
[0050]优选地，所述射频磁控溅射法的条件具体为:靶材为锗靶，溅射频功率在80?300W,例如 90W、97W、105W、136W、185W、245W、280W 等，Ar 气流量在 10 ?50sccm,例如13sccm、15sccm、22sccm、29sccm、35sccm、42sccm、47sccm 等,沉积时间为 60 ?1200s,例如80s、135s、168s、200s、268s、435s、680s、759s、837s、925s、988 等。
[0051]优选地，所述锗薄膜的厚度为I?15nm,例如4nm、9nm、13nm、17nm等。
[0052]步骤(4)为将步骤(3)得到的沉积有锗量子点的多孔硅基底进行退火，其目的是实现锗量子点的生长。
[0053]步骤(4)所述退火的温度和时间，本领域技术人员可以根据实际情况(例如多孔硅的凹陷的三维尺度、锗薄膜厚度等)进行选择。
[0054]优选地，所述退火的温度为500 ?800°C，例如 550°C、590°C、635°C、700°C、726°C、758°C、778°C、790°C等，退火时间为 10 ?30min，例如 13min、16min、19min、24min、28min、29min 等。
[0055]退火步骤应当在保护性氛围中进行，以避免高温下锗原子与氧气等活性气体反应，因此，所述退火在保护性气氛或真空氛围中进行，优选在真空氛围中进行，进一步优选在压力彡10_2Pa的真空氛围中进行。
[0056]作为优选方案，本发明步骤(4)所述“将沉积有锗薄膜的多孔硅基底退火生长锗量子点”的步骤为:将沉积有8nm锗薄膜的多孔硅，在600°C下真空退火20min得到的硅基锗量子点复合结构材料。
[0057]作为进一步的优选技术方案，本发明所述硅基锗量子点复合结构材料的制备方法包括如下步骤:
[0058](I)提供一娃基底，依次分别用自来水超声清洗3?5min,去离子水超声清洗3?5min,乙醇和/或丙酮超声清洗5?1min,得到一个清洁的娃基底；
[0059](2)将清洁的硅基底置于腐蚀溶液中，施加超声条件，进行腐蚀，得到制备多孔硅基底；
[0060](3)采用射频磁控溅射法，以锗靶为靶材，在80?300W的射频功率、10?50sCCm的Ar气体流量下，在所述多孔硅基底上沉积60?1200s，形成锗薄膜；
[0061](4)将沉积有锗薄膜的硅基底在500?800°C下，进行退火10?30min，生长锗量子点。
[0062]本发明的目的之三是提供一种如目的之二所述的硅基锗量子点复合结构材料的用途，所述复合结构材料用于制备太阳能电池、LED发光二极管、光电探测器、光电开关等光电器件中。
[0063]使用本发明提供的硅基锗量子点的光电探测器具有灵敏度高，响应波段可调的优点。
[0064]使用本发明提供的硅基锗量子点的太阳能电池的光电转化率能够在现有的基础上提高10%及以上，且制备工艺相对简单，便于工业化生长。
[0065]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0066](I)本发明提供的硅基锗量子点复合结构材料，选用多孔硅作为基底，在其上生长锗量子点，充分利用了多孔硅多孔结构的“陷光”性能，增加了光线的传输光程，从而提高了其光电转化效率；另外，本发明还可以控制锗量子点的尺寸，来拓宽太阳能电池的光谱响应范围，来提高所述的硅基锗量子点复合结构材料的观点转化效率；
[0067](2)本发明提供的所述硅基锗量子点复合结构材料的制备方法中，采用在碱性溶液中，超声增强化学腐蚀制备多孔硅基底的方法，加快了碱性溶液对硅基底的腐蚀，提高了硅基底的腐蚀速率和孔的均匀性，提高了多孔硅的制备效率，提高了操作的安全性，且操作简单；
[0068](3)本发明提供的所述硅基锗量子点复合结构材料的制备方法的优选方案中，磁控溅射沉积锗薄膜，退火生长锗量子点；沉积设备和制备工艺简单，可重复，工业化前景好，并且和现有的半导体制备工艺具有良好的兼容性，具有广泛的实用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0069]图1是本发明所述硅基锗量子点复合结构材料的制备方法的工艺流程图；
[0070]图2为实施例1步骤2得到的多孔硅基底的AFM图像，其中(a)为平面图；(b)为立体图；
[0071]图3为实施例1得到的多孔硅基锗量子点复合结构材料的AFM图。
[0072]图4为生长有锗量子点的平面硅基底和实施例1提供的锗量子点复合结构材料的反射光谱；其中.....为生长有锗量子点的平面硅基底的光反射率曲线；
[0073]-----为锗量子点复合结构材料的光反射率曲线，其中多孔硅的晶型为111 ;
[0074]一.---?为锗量子点复合结构材料的光反射率曲线，其中多孔硅的晶型为100。
【具体实施方式】
[0075]为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0076]实施例1
[0077]一种硅基锗量子点复合结构材料的制备方法包括如下步骤:
[0078](I)提供一硅基底，进行清洗步骤:依次分别用自来水超声清洗3min，去离子水超声清洗5min，乙醇和/或丙酮超声清洗1min ;并重复清洗步骤2次；得到一个清洁的硅基底；
[0079](2)将清洁的硅基底置于浓度为5wt%的氢氧化钠溶液中，施加30W的超声，腐蚀70min，得到制备多孔硅基底；所述多孔硅基底的形貌如图2(图2为实施例1步骤2得到的多孔娃基底的AFM图像，其中(a)为平面图；(b)为立体图)所不；
[0080](3)以锗靶为靶材，进行磁控溅射，射频功率在200W，Ar气流量在30sCCm，沉积时间为800s ;在所述多孔硅基底上沉积8nm的锗薄膜；
[0081](4)将沉积有锗薄膜的多孔硅基底在600°C的条件下，退火20min，生长锗量子点，得到多孔硅基锗量子点复合结构材料；
[0082]所述多孔硅基锗量子点复合结构材料的形貌如图3 (图3为实施例1得到的多孔娃基锗量子点复合结构材料的AFM图)所示；
[0083]采用Lambda950双光束光谱仪，在扣除背底的条件下，测试复合结构材料的反射光谱，所述多孔硅基锗量子点复合结构材料的反射光谱如图4(图4为生长有锗量子点的平面硅基底和实施例1提供的锗量子点复合结构材料的反射光谱)所示；由图4可以看出:在可见光到近红外范围内(400?1400nm)，采用硅(111)基底制备的多孔硅得到的锗量子点复合结构材料的反射率比在平面硅基底上生长锗量子点的反射率降低了 10?20% ;同样，采用硅(100)基底制备的多孔硅得到的锗量子点复合结构材料的反射率比生长有锗量子点的平面硅基底反射率降低了 10?20%。
[0084]实施例2
[0085]一种硅基锗量子点复合结构材料的制备方法包括如下步骤:
[0086](I)提供一硅基底，进行清洗步骤:依次分别用自来水超声清洗5min，去离子水超声清洗3min，乙醇和/或丙酮超声清洗5min ;并重复清洗步骤5次；得到一个清洁的硅基底；
[0087](2)将清洁的硅基底置于浓度为30wt%的氢氧化钠溶液中，腐蚀120min，得到制备多孔硅基底；
[0088](3)以锗靶为靶材，进行磁控溅射，射频功率在300W，Ar气流量在50sCCm，沉积时间为60s ;在所述多孔硅基底上沉积Inm的锗薄膜；
[0089](4)将沉积有锗薄膜的多孔硅基底在500°C的条件下，退火30min，生长锗量子点，得到多孔硅基锗量子点复合结构材料；
[0090]测试方法与实施例1相同，在可见光到近红外(400?1400nm)范围内，采用硅(111)基底制备的多孔硅得到的锗量子点复合结构材料的反射率比在平面硅基底上生长锗量子点的反射率降低了 10%以上；采用硅(100)基底制备的多孔硅得到的锗量子点复合结构材料的反射率比在平面硅基底上生长锗量子点的反射率降低了 15%以上。
[0091]实施例3
[0092]一种硅基锗量子点复合结构材料的制备方法包括如下步骤:
[0093](I)提供一硅基底，进行清洗步骤:依次分别用自来水超声清洗4min，去离子水超声清洗4min，乙醇和/或丙酮超声清洗9min ;并重复清洗步骤I次；得到一个清洁的硅基底；
[0094](2)将清洁的硅基底置于浓度为20wt%的氢氧化钠溶液中，施加20W的超声，腐蚀lOmin，得到制备多孔硅基底；
[0095](3)以纯度为99.99%的锗靶为靶材，进行磁控溅射，射频功率在80W，Ar气流量在lOsccm，沉积时间为1200s ;在所述多孔硅基底上沉积15nm的锗薄膜；
[0096](4)将沉积有锗薄膜的多孔硅基底在800°C的条件下，退火lOmin，生长锗量子点，得到多孔硅基锗量子点复合结构材料；
[0097]测试方法与实施例1相同，在可见光到近红外(400?1400nm)范围内，采用硅(111)基底制备的多孔硅得到的锗量子点复合结构材料的反射率比在平面硅基底上生长锗量子点的反射率降低了 10%以上；采用硅(100)基底制备的多孔硅得到的锗量子点复合结构材料的反射率比在平面硅基底上生长锗量子点的反射率降低了 15%以上。
[0098]实施例4
[0099]一种硅基锗量子点复合结构材料的制备方法包括如下步骤:
[0100](I)提供一硅基底，进行清洗步骤:依次分别用自来水超声清洗5min，去离子水超声清洗4min，乙醇和/或丙酮超声清洗7min ;并重复清洗步骤3次；得到一个清洁的硅基底；
[0101](2)将清洁的硅基底置于浓度为20wt%的氢氧化钠溶液中，施加15W的超声，腐蚀70min，得到制备多孔硅基底；
[0102](3)以锗靶为靶材，进行磁控溅射，射频功率在150W，Ar气流量在38sCCm，沉积时间为500s ;在所述多孔硅基底上沉积7nm的锗薄膜；
[0103](4)将沉积有锗薄膜的多孔硅基底在700°C的条件下，退火22min，生长锗量子点，得到多孔硅基锗量子点复合结构材料；
[0104]测试方法与实施例1相同，在可见光到近红外(400?1400nm)范围内，采用硅(111)基底制备的多孔硅得到的锗量子点复合结构材料的反射率比在平面硅基底上生长锗量子点的反射率降低了 10%以上；采用硅(100)基底制备的多孔硅得到的锗量子点复合结构材料的反射率比在平面硅基底上生长锗量子点的反射率降低了 15%以上。
[0105]对比例
[0106](I)提供一硅基底，进行清洗步骤:依次分别用自来水超声清洗5min，去离子水超声清洗4min，乙醇和/或丙酮超声清洗7min ;并重复清洗步骤3次；得到一个清洁的硅基底；
[0107](2)以锗靶为靶材，进行磁控溅射，射频功率在150W，Ar气流量在38sCCm，沉积时间为500s ;在所述多孔硅基底上沉积7nm的锗薄膜；
[0108](3)将沉积有锗薄膜的多孔硅基底在700°C的条件下，退火22min，生长锗量子点，在平面硅基上得到锗量子点材料；
[0109](4)在可见光范围测试样品的反射率，数值在35%之上。
[0110]测试方法与实施例1相同，所述生长有锗量子点的平面硅基底的反射光谱如图4(图4为生长有锗量子点的平面硅基底和锗量子点复合结构材料的反射光谱图)所示。
[0111] 申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属【技术领域】的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
【权利要求】
1.一种硅基锗量子点复合结构材料，其特征在于，所述复合结构材料包括多孔硅基底和生长在所述多孔硅基底上的锗量子点。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合结构材料的光电转化率较生长有锗量子点的平面硅基底材料提高10%以上。
3.—种如权利要求1或2所述的硅基锗量子点复合结构材料的制备方法，其特征在于，所述方法为将硅基底腐蚀得到多孔硅基底，然后在所述多孔硅基底上生长锗量子点。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: (1)提供一硅基底，并对其清洗，得到一个清洁的硅基底； (2)腐蚀清洁的硅基底，制备多孔硅基底； (3)在所述多孔硅基底上沉积锗薄膜； (4)将沉积有锗薄膜的多孔硅基底退火生长锗量子点。
5.如权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述腐蚀采用超声增强化学腐蚀法腐蚀硅基底，具体为将清洗后的硅基底置于腐蚀溶液中，开启超声，进行腐蚀； 优选地，所述腐蚀溶液为碱性溶液，优选氢氧化钠溶液； 优选地，以氢氧化钠计，所述腐蚀溶液的浓度为5?30wt% ； 优选地，所述超声的功率为O?30W ; 优选地，所述腐蚀的时间为10?120min。
6.如权利要求3?5之一所述的制备方法，其特征在于，沉积锗薄膜的方法选自CVD、MBE、PLD或射频磁控溅射法中的任意I种，优选射频磁控溅射法； 优选地，所述射频磁控溅射法的条件具体为:靶材为锗靶，溅射频功率在80?300W，Ar气流量在10?50sccm，沉积时间为60?1200s ； 优选地，所述锗薄膜的厚度为I?15nm。
7.如权利要求2?6之一所述的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为500?800 °C，退火时间为10?30min ； 优选地，所述退火在保护性气氛或真空氛围中进行，优选在真空氛围中进行，进一步优选在压力彡10_2Pa的真空氛围中进行。
8.如权利要求2?7之一所述的制备方法，其特征在于，所述清洗硅基底的步骤为重复进行如下操作:依次分别用自来水超声清洗3?5min,去离子水超声清洗3?5min,乙醇和/或丙酮超声清洗5?1min ;优选重复I?5次。
9.如权利要求2?8之一所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: (O提供一硅基底，依次分别用自来水超声清洗3?5min，去离子水超声清洗3?5min,乙醇和/或丙酮超声清洗5?1min,得到一个清洁的娃基底； (2)将清洁的硅基底置于腐蚀溶液中，施加超声条件，进行腐蚀，得到多孔硅基底； (3)采用射频磁控溅射法，以锗靶为靶材，在80?300W的射频功率、10?50SCCm的Ar气体流量下，在所述多孔硅基底上沉积60?1200s，形成锗薄膜； (4)将沉积有锗薄膜的多孔硅基底在500?800°C下，进行退火10?30min，生长锗量子点。
10.一种如权利要求1或2所述的硅基锗量子点复合结构材料的用途，其特征在于，所述复合结构材料用于制备太阳能电池、LED发光二极管、光电探测器、光电开关等光电器件中。
【文档编号】H01L31/0352GK104377257SQ201310401132
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】李振军, 白冰, 杨晓霞, 刘明举, 李娟 , 胡海, 王小伟, 戴庆, 裘晓辉 申请人:国家纳米科学中心