【CN109920723A】一种自支撑锗薄膜的制备方法及锗薄膜【专利】

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CN 109920723 A
说 明 书
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一种自支撑锗薄膜的制备方法及锗薄膜
技术领域 [0001] 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 [0002] 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。 [0003] 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。 [0004] 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。
权利要求书1页 说明书4页 附图3页
CN 109920723 A
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权 利 要 求 书
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1 .一种自支撑锗薄膜的制备方法，其特征在于，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。 2 .根据权利要求1所述的一种自支撑锗薄膜的制备方法，其特征在于，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。 3 .根据权利要求2所述的一种自支撑锗薄膜的制备方法，其特征在于，所述预定时间为 2-30分钟。 4 .根据权利要求2所述的一种自支撑锗薄膜的制备方法，其特征在于，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。 5 .根据权利要求1所述的一种自支撑锗薄膜的制备方法，其特征在于，所述纳米孔洞的 尺寸为5nm-50nm。 6 .根据权利要求1所述的一种自支撑锗薄膜的制备方法，其特征在于，在所述纳米多孔 硅衬底上淀积的锗薄膜的厚度1μm。 7 .据权利要求1所述的一种自支撑锗薄膜的制备方法，其特征在于，所述高温退火采用 循环快速热退火 ，所述退火的温度为500 °-600 °。 8 .据权利要求1所述的一种自支撑锗薄膜的制备方法，其特征在于，所述对所述纳米多 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具体为： 通过退火 ，使得所述纳米多孔硅衬底的 纳米孔 洞会发生形变 ，在靠近异 质结处孔 洞会 变大，当大到一定的程度孔洞之间发生串并。 9 .一种锗薄膜，其特征在于，所述锗薄膜通过如权利要求1至8任意一项的自支撑锗薄 膜的制备方法制备生成。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910088551 .0
(22)申请日 2019 .01 .28
(71)申请人 三明学院 地址 365000 福建省三明市三元区荆东路 25号
(72)发明人 崔积适
(74)专利代理机构 厦门智慧呈睿知识产权代理 事务所(普通合伙) 35222
发明内容 [0005] 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。 [0006] 本发明提供了一种自支撑锗薄膜的制备方法，包括： [0007] 提供硅衬底； [0008] 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； [0009] 在所述纳米多孔硅衬底上淀积一层锗薄膜； [0010] 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； [0011] 将所述锗薄膜从所述纳米多孔硅衬底上剥离下来。 [0012] 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：
代理人 杨玉芳
(51)Int .Cl . H01L 21/02(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109920723 A (43)申请公布日 2019.06.21
( 54 )发明 名称 一种自支撑锗薄膜的制备方法及锗薄膜
( 57 )摘要 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wenku.baidu.com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。