[发明专利]一种自支撑锗薄膜的制备方法及锗薄膜

说明书

本发明提供了一种自支撑锗薄膜的制备方法，包括：提供硅衬底；对所述硅衬底进行电化学刻蚀，使得所述硅衬底上生成均匀的、致密的纳米多孔洞，获得纳米多孔硅衬底；在所述纳米多孔硅衬底上淀积一层锗薄膜；对所述纳米多孔硅上外延锗薄膜后进行高温退火，在锗硅异质结界面处空洞发生串并；将所述锗薄膜从所述纳米多孔硅衬底上剥离下来。本发明实施例提供了一种自支撑锗薄膜的制备方法，制备工艺简单可行，且有效的降低了制作锗薄膜的成本。

技术领域

本发明光电材料技术领域，特别涉及一种自支撑锗薄膜的制备方法及锗薄膜。

背景技术

众所周知，锗作为红外光学材料，具有红外折射率高，红外透过波段范围宽，吸收系数小、色散率低、易加工、闪光及腐蚀等优点，特别适用于军工及重大民用中的热成像仪与红外雷达及其他红外光学装置的窗口、透镜、棱镜与滤光片的材料；高纯锗或锗锂用于天文学的γ－谱仪，核反应能谱仪及等离子物理X－射线仪；Si－Ge10与掺汞、镉、铜与镓的锗单晶用于红外探测器。用锗作为衬底制作的GaAs/Ge太阳能电池，其性能与GaAs/GaAs电池接近，机械强度要更高，单片电池面积更大。在空间应用环境下,抗辐射阈值比硅电池高，性能衰退小，其应用成本接近于同样功率的硅电池板，已应用于各型军用卫星和部分商业卫星中，逐步成为主要的空间电源。金属锗能让2—15微米的红外线通过的性能用于r辐射探测器。

由于Ge材料在中红外波段光的传输损耗较小，可以用于制备Ge基集成光电子，在医学、生物传感等领域具有重要的应用。由于许多化学和生物分子在中红外波段具有唯一的，强的吸收谱，而硅和二氧化硅在中红外有明显的吸收峰，因此，锗在该波段具有良好的应用前景。根据上述特性，锗基光电子器件及系统可以在环境污染检测，有毒气体检测，工业过程检测，医疗保健，无创检测(优于血液检测)，实时海水污染检测等方面有重要的应用。

然而，由于锗薄膜的制备工艺成本比较高，因此目前锗集成光电系统主要通过将在硅沉底上沉积锗薄膜来加工和制备锗基集成光电系统。

发明内容

为了克服锗薄膜的制备工艺成本比较高，本发明提供了一种自支撑锗薄膜的制备方法，通过硅与锗的热膨胀系数不同，在硅衬底上生成锗薄膜后，进行高温火处理，使得锗薄膜从硅衬底上脱落。

本发明提供了一种自支撑锗薄膜的制备方法，包括：

提供硅衬底；

对所述硅衬底进行电化学刻蚀，使得所述硅衬底上生成均匀的、致密的纳米多孔洞，获得纳米多孔硅衬底；

在所述纳米多孔硅衬底上淀积一层锗薄膜；

对所述纳米多孔硅上外延锗薄膜后进行高温退火，在锗硅异质结界面处空洞发生串并；

将所述锗薄膜从所述纳米多孔硅衬底上剥离下来。

优选地，对所述硅衬底进行电化学刻蚀，使得所述硅衬底上生成均匀的、致密的纳米多孔洞，获得纳米多孔硅衬底，具体为：

将所述硅衬底置于刻蚀装置的阳极；其中，所述刻蚀装置的阴极为惰性铂电极；所述刻蚀装置内的刻蚀溶液为49％HF溶液与98％酒精的混合溶液，体积比为1:1，所述阳极用于与电源的正极相连，所述阴极用于与电源的负极相连；

对所述硅衬底刻蚀预定时间，从而使得所述硅衬底上生成均匀的、致密的纳米多孔洞，获得纳米多孔硅衬底。

优选地，所述预定时间为2-30分钟。

优选地，通过控制硅衬底的缺陷分布、电流大小、刻蚀溶液浓度来形成均匀、致密的纳米孔洞。

优选地，所述纳米孔洞的尺寸为5nm-50nm。

优选地，在所述纳米多孔硅衬底上淀积的锗薄膜的厚度1μm。