[发明专利]一种在掺杂膜层上制备黑硅的方法

权利要求书

1.一种在掺杂膜层上制备黑硅的方法，其具体步骤为：

步骤1、对硅衬底进行清洁处理；

步骤2、采用硅靶上固定放置掺杂元素靶材的方式，用磁控溅射的方法在步骤1制得的硅衬底表面沉积一层厚度为50～500nm的掺杂硅膜，掺杂元素为硫系元素；

步骤3、将步骤2制得沉积有掺杂硅膜的硅衬底在0.2～0.8atm氮气保护下用飞秒激光辐照，飞秒激光辐照的入射光波长为750～850nm，通量为1～10kJ/m²，扫描速度为0.5～10mm/s；

步骤4、将步骤3制得的硅衬底于百分比浓度为5％的HF溶液中浸泡1～5min后，置于管式炉中进行热退火，退火温度为500～1200K，退火时间为30～300min，保护气氛为N₂或者Ar。

2.如权利要求1所述在掺杂膜层上制备黑硅的方法，其特征在于：所述步骤1具体为，将硅衬底依次在三种溶液中各超声10～15min，洗去衬底表面的油污、颗粒和氧化物；三种溶液分别为：Ⅰ号清洗液是浓度15～18.4mol/L的浓硫酸H₂SO₄和浓度8～9.7mol/L的双氧水H₂O₂的混合溶液，体积比为5:1；Ⅱ号清洗液是去离子水H₂O、浓度8～9.7mol/L的双氧水H₂O₂和浓度10～13.3mol/L的氨水NH₃·H₂O的混合溶液，体积比为：5:2:1；Ⅲ号清洗液是去离子水H₂O、浓度为8～9.7mol/L双氧水H₂O₂和浓度为10～12mol/L浓盐酸HCl的混合溶液，体积比为：7:2:1；更换三种清洗溶液的间隙都需要用去离子水冲洗衬底；最后将洗净的硅衬底在无水乙醇中浸泡密封备用；或者用无水乙醇冲洗后，再用纯度99.99％的氮气吹干立即使用。

3.如权利要求1所述在掺杂膜层上制备黑硅的方法，其特征在于：所述步骤2具体为，用无水乙醇清洁溅射机腔室后，将步骤1得到的清洁硅衬底用托盘固定在溅射机的行走单元上，使抛光面面对溅射的靶材；以贴片的方式在纯硅靶材上放置碲Te元素靶材，并用挡板遮住靶材，碲靶尺寸不超过硅靶的1/20；关闭腔室，先使用机械泵将腔室气压抽至2.5～3pa，再用分子泵使腔室气压降至5.0×10^-4～7.0×10^-4pa；接下来通入氩气Ar使腔室的气压回到4.5×10^-1～5.0×10^-1pa，打开射频电源，待腔室内起辉后打开靶材上的挡板，运行行走单元，开始溅射；通过预设的溅射条件，在硅衬底表面沉积50～500nm厚含有杂质的硅膜层，即掺杂硅膜。

4.如权利要求1所述在掺杂膜层上制备黑硅的方法，其特征在于：所述步骤3具体为，将步骤2制得的硅衬底固定在二维平移台的真空腔中，抽出空气使真空度达到10^-2～10^-1pa，然后充入纯度为99.99％的保护气体N₂；开启制冷、除湿设备，在温度及湿度达到要求参数后，启动激光器，预热10分钟；通过控制软件调整激光器的中心波长及重复频率，用出射光路的透镜组调整出射光斑的位置；使用功率计检测实际出射功率后，启动平移台完成飞秒激光将整个硅衬底辐照，关闭激光器，取出样品。