[发明专利]用离子液体作衬底的热丝化学气相沉积制备硅薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅薄膜的制备方法，特别是以离子液体为基底在热丝化学气相沉积设备中合成硅薄膜，同时涉及到去除样品中混合的离子液体的方法。

背景技术

硅薄膜作为微电子器件和薄膜硅太阳电池的基体材料，受到越来越多人的关注。硅薄膜的制备方法很多，主要包括等离子增强化学气相沉积、低压化学气相沉积、溶液相电沉积和一些物理气相沉积方法，其中等离子体增强化学气相沉积是非常广泛的制备硅薄膜方法。热丝化学气相沉积又称催化化学气相沉积，是近年来引起较大重视的一种新兴硅薄膜制备技术(US4237150;CN201010238694.4)。相对于成熟的等离子体增强化学气相沉积技术，热丝化学气相沉积具有设备简单、薄膜沉积速度快、制备薄膜质量高等特点，当前已逐步成为一种重要的硅基薄膜制备技术。一般这类气相和溶液相沉积方法制备的多为非晶、微晶或多晶硅薄膜。同时，外延技术，半导体工艺中采用的SOI(silicon on insulator)技术，以及自上而下的刻蚀技术是制备单晶硅薄膜的重要方法。此外，在纳米材料合成领域，各种软化学方法用来开发合成硅的单晶纳米片材料(Angew.Chem.Int.Ed.,2006,45,6303-6306;Chem.Mater.,2011,23,5293-5295;Chem.Eur.J.,2011,17,9864-9887;J.Am.Chem.Soc.,2012,134,5452-5455)。

通常采用气相或溶液相沉积方法制备硅薄膜都需要固体衬底，例如硅片、石英、玻璃、不锈钢片或钛片等。热丝化学气相沉积制备硅薄膜也都在上述固体基底上进行的，合成出的薄膜样品依附在固体载体上直接用于下一步的工艺中，故固体基底要满足相应的工艺和技术路线的要求。本说明书作者没有检索到在热丝化学气相沉积体系中运用液体介质的报道。

离子液体是一种新型的绿色溶剂，是指在室温或室温附近温度下呈液态的完全由离子构成的物质。离子液体有众多优点，例如：不可燃、导电性强、室温下粘度大、热容大、蒸汽压小、性质稳定，对许多无机盐和有机物有良好的溶解性，在电化学、有机合成、催化、分离等领域有广泛的应用。但对于其蒸汽压极低，热稳定性好，可以用在真空体系中这一明显优于传统溶剂的性质，对其的实际应用还比较少，目前有一些报道主要以离子液体为体相介质，在真空中通过各种物理气相方法制备金属及氧化物纳米颗粒材料。

世界专利(WO2007084558A2)公开了在真空腔中通过物理气相沉积（磁控溅射或电子束蒸发）在离子液体中制备颗粒的方法，同时说明当向1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体中添加聚乙烯吡咯烷酮形成粘稠溶液时，物理气相沉积产生的颗粒不再进入体相，而主要在其液面上形成了薄膜，认为离子液体的粘度决定了在此体系中形成纳米颗粒还是薄膜材料。在利用物理气相沉积主要是溅射方法在离子液体体相中制备金属或金属氧化物纳米粒子领域，日本名古屋大学的Tsukasa Torimoto等人发表且综述了一系列非常优秀的工作(Appl.Phys.Lett.,2006,89,243117(3pages);J.Phys.Chem.Lett.,2010,1,3177-3188;Adv.Mater.,2010,22,1196-1221)。巴西UFRGS的Jairton Dupont等人在此领域也有很大的贡献(J.Phys.Chem.C,2010,114,11764-11768;Acc.Chem.Res.,2011,44,1223-1231)。此外，也有少数利用其他物理气相方法例如电子束或激光辐照，激光熔蒸，热蒸发等在离子液体体相中制备纳米材料的报道。

对于在真空中以离子液体为衬底制备薄膜材料的研究，Ermanno F.Borra等人2007年首次报道了在离子液体1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐液面上真空蒸发沉积出光学性质很好的银和铬等金属薄膜材料，对月球液体镜面望远镜的开发具有重要意义(Nature,2007,447,979-981;Astrophys J.,2008,680,1582-1594)。国内也有研究人员尝试在1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体衬底上热蒸发制备银薄膜，但成膜结果并不是很好(Thin Solid Films,2012,520,2321-2325)。

由上述可见，相对于在离子液体体相中制备纳米颗粒来说，以其为衬底制备薄膜材料的研究非常少，这可能与成膜条件明显不同和难度相对较大有关。且上述都是采用物理气相相关方法结合离子液体介质的研究成果。本说明书作者没有检索到任何在热丝化学气相沉积体系中运用离子液体介质制备纳米颗粒或薄膜材料的研究。

发明内容