[发明专利]一种可产生热载流子弛豫效应的低维硅设计制备方法

权利要求书

1.一种可产生热载流子弛豫效应的低维硅设计制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10，声子能带设计；

S20，设计具有人工声子带隙的低维硅结构；

S30，制备结构化的低维硅；

S40，结构表征与功能化测量。

2.根据权利要求1所述的可产生热载流子弛豫效应的低维硅设计制备方法，其特征在于，所述S10，声子能带设计，包括以下步骤：

S11，选择原始样品为三氧化二铝衬底上外延一层厚度为400-600nm的超薄单晶硅薄膜；

S12，对该样品进行建模并模拟计算：构建模拟，使二维结构上具有孔洞，并呈正方形排列，其中有3个变量，分别为薄膜的厚度d、孔洞的半径r以及孔洞周期长度P，其中，d0，r0，P2r。

3.根据权利要求2所述的可产生热载流子弛豫效应的低维硅设计制备方法，其特征在于，所述S20，设计具有人工声子带隙的低维硅结构，包括以下步骤：

S21，在材料机械属性方面，设定薄膜的材料为晶硅，孔洞为空气，在计算时，采用硅和空气的弹性常数各自代表这两种材料；

S22，在计算声子晶体带隙时，采用含时间变量的广义弹性波方程，由于本结构具有周期对称性，在计算时，只需计算一个最小单胞，并加布洛赫周期性边界条件；

S23，对该样品进行模拟计算，使之呈现声子禁带；

S24，从模拟计算得到参数为：r＝530nm，P＝1100nm。

4.根据权利要求3所述的可产生热载流子弛豫效应的低维硅设计制备方法，其特征在于，所述S30，制备结构化的低维硅，包括以下步骤：

S31，将原始样品分别经过乙醇、丙酮和去离子水进行超声清洗，再将样品吸附固定在均胶仪上，在样品上旋涂一层液态PMMA，衬底加热温度为200-280℃，旋转速度2000-3500转/min，在衬底上形成一层PMMA薄膜，厚度为300-400nm；

S32，将上述样品送入电子束曝光设备，利用电子束在涂有感光胶的衬底上直接描画，电子束在样品表面上扫描出S20中设计的低维硅结构；

S33，将上述样品送入反应离子刻蚀腔进行刻蚀处理，反应气体为SF₆和O₂，SF₆流量为50-70sccm、O₂流量为40-55sccm、腔内压力为30-50mTorr、射频功率范围为80-120W、刻蚀时间7-12s，将圆形区域的硅去除，形成由孔洞阵列组成的二维硅结构。

5.根据权利要求4所述的可产生热载流子弛豫效应的低维硅设计制备方法，其特征在于，所述S31中超声清洗时间5-20min。

6.根据权利要求4所述的可产生热载流子弛豫效应的低维硅设计制备方法，其特征在于，所述S32中电子束曝光采用扫描曝光模式。

7.根据权利要求1所述的可产生热载流子弛豫效应的低维硅设计制备方法，其特征在于，所述S40，结构表征与功能化测量，包括以下步骤：

S41，将S30获得的样品进行扫描电镜表征；

S42，采用超快瞬态吸收测量热载流子弛豫效应特征。