[发明专利]一种简单制备有序V形纳米硅孔阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米结构制备和应用技术领域，尤其涉及一种简单制备有序V形纳米硅孔阵列的方法。

背景技术

在半导体材料领域中，量子点受量子限制效应作用具有许多独特的光学和电学特性，使得量子点在光电子、微电子领域具有极大的应用潜力，可制备效率更高、速度更快、热稳定性更好的光电器件。硅（Si）作为半导体工艺中最为重要的材料之一，通过在硅衬底上制备硅基量子点结构来提升硅基材料发光性能具有重要的意义。

在硅基量子点材料的制备中，通常采用的方法有两种，其一是自组装生长，其能制备出高密度、无缺陷的硅基量子点，但是量子点属无序生长，尺寸大小，位置均不统一，影响材料发光性能的进一步提升；其二是采用纳米光刻和干法刻蚀等纳米加工技术，直接制备硅基量子点，能精确控制量子点尺寸大小，且高度有序，但由于刻蚀造成量子点表面损伤，产生缺陷，影响发光性能的提升。

如何实现无缺陷硅基量子点的定位、可控生长正成为硅基量子点材料的研究热点。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提出一种简单制备有序V形纳米硅孔阵列的方法，以满足无缺陷的硅基量子点材料在硅衬底上的定位、可控生长。

为了解决上述问题，本发明提供一种简单制备有序V形纳米硅孔阵列的方法，包括如下步骤：

步骤1，在硅（Si）衬底上沉积二氧化硅（SiO₂）掩膜层；

步骤2，在所述SiO₂掩膜层之上旋涂光刻胶，制备周期性纳米光刻胶点阵图形；

步骤3，采用干法刻蚀技术将该光刻胶点阵图形转移至SiO₂掩膜层，同时在刻蚀过后的Si层上留下可充当刻蚀掩膜作用的氟碳基有机聚合物层；

步骤4，将步骤3得到的衬底放入腐蚀液进行腐蚀，得到有序V形纳米硅孔阵列衬底；

步骤5，利用氢氟酸溶液去除衬底上残留的SiO₂，采用干法刻蚀技术去除氟碳基有机聚合物层，得到清洁的有序V形纳米硅孔阵列衬底。

优选地，上述方法还具有以下特点：

在所述步骤1中，采用如下方式之一在Si衬底上沉积SiO₂掩膜层：

化学气相沉积、物理气相沉积、溅射法、电子束沉积、氢化物气相沉积、热氧化法。

优选地，上述方法还具有以下特点：

在所述步骤2中，采用如下方式之一制备周期性纳米光刻胶点阵图形：

电子束曝光、聚焦离子束曝光、纳米压印、激光干涉曝光等。

优选地，上述方法还具有以下特点：

在所述步骤3中，所采用的干法刻蚀技术为反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀，刻蚀气体为三氟化碳（CF₃）和氩（Ar）的混合气体。

优选地，上述方法还具有以下特点：

所述腐蚀液为氢氧化钾溶液。

优选地，上述方法还具有以下特点：

在所述步骤4中，腐蚀的温度为30~70℃，腐蚀的时间为1~10分钟，所述腐蚀液为质量分数为13%的氢氧化钾溶液。

优选地，上述方法还具有以下特点：

在所述步骤5中，所采用的干法刻蚀技术为反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀，刻蚀气体为氧气（O₂）或氯气（Cl₂）。

优选地，上述方法还具有以下特点：

所述Si衬底为N型Si（100）衬底。

本发明具有如下优点：

1、制备V形纳米硅孔的方法相对于传统的图形反转技术减少了金属蒸镀和光刻胶剥离的步骤，一步到位，易于操作控制，且与传统的硅基微电子工艺兼容。

2、所制成的V形纳米硅孔，尺寸均一，高度有序，且与各种纳米光刻技术兼容。

3、本发明的方法简单实用，成本低廉，兼顾科研和生产的需求。

4、本发明制备的有序V形纳米硅孔阵列适用于硅基量子点的定位、可控外延生长，可广泛应用于光子晶体，量子信息以及磁性介质存储等领域。

附图说明

图1是本发明实施例的旋涂完光刻胶后的衬底剖面示意图；

图2是本发明实施例的衬底经纳米光刻后形成光刻胶点阵图形后的剖面示意图；

图3是本发明实施例的以光刻胶为掩膜，利用干法刻蚀技术将图形转移至SiO₂掩膜层上，并在刻蚀过后的Si层上留下可充当刻蚀掩膜作用的氟碳基有机聚合物层的剖面示意图；