納秒脈沖激光退火裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光子材料與器件制備技術領域，具體地涉及一種納秒脈沖激光退火裝置。
【背景技術】
[0002]目前，我們正處于后信息時代，其特點是由電子信息階段過渡到光子信息階段，現(xiàn)在已經(jīng)完成以光子為信息載體的轉換過程，如已經(jīng)實現(xiàn)全光的光纖通信和光通信。當今的發(fā)展進入芯片上的光電子集成與芯片級的全光化，這是實現(xiàn)光量子信息處理和光量子信息計算的關鍵，而在硅芯片上制備納米硅結構是一項瓶頸性的工作。更重要的是，對于材料加工的退火工藝與退火過程正在實現(xiàn)激光化。
[0003]眾所周知，建立在硅基上的微電子信息產(chǎn)業(yè)高度發(fā)達，但是受尺寸與功耗的限制，摩爾定律已經(jīng)到了適用范圍的極限?？茖W家們試圖在硅基上建立起全新的光量子信息處理系統(tǒng)，取代現(xiàn)在的微電子信息系統(tǒng)，實現(xiàn)信息時代革命性的跨越。這里，我們要解決的關鍵性問題是:在硅芯片上制備包括量子點和量子面納米結構的有很好發(fā)光性質(zhì)的材料，其制備過程中的退火是關鍵性環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的爐子退火過程難于控制加工參量，特別是快速退火的時間與溫度參量更難控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是:提供一種納秒脈沖激光退火裝置，它升溫穩(wěn)定性好、退火氛圍好控制且操作靈敏特，特別適用于在硅芯片上制備包括量子點和量子面納米結構的快速退火處理工藝與過程，以克服現(xiàn)有技術的不足。
[0005]本實用新型是這樣實現(xiàn)的:用納秒脈沖激光退火制備納米硅發(fā)光材料的方法，在硅片上采用納秒脈沖激光退火方法在硅片上制備出2-5nm的硅量子點結構，在其結構上實現(xiàn)了光栗浦可見光區(qū)的強發(fā)光和電栗浦在光通信波段的發(fā)光。
[0006]具體包括如下步驟:
[0007](I)預處理:對單晶硅片進行P型摻雜，形成電阻率2?20歐.厘米的硅片，用氫氟酸除去硅表面在空氣中形成的氧化硅層，用脈沖激光沉積(PLD)法在硅片上制備出非晶硅薄膜；
[0008](2)調(diào)整用于退火的納秒脈沖激光束:獲取納秒脈沖激光，倍頻在近紅外波段，保持激光束斑均勻覆蓋需退火的范圍，調(diào)激光重復率至800?1200次/秒、脈寬60?100納秒；
[0009](3)設置好納秒脈沖激光的脈沖寬度、光子強度、脈沖重復率、光子波長及作用時間，并設置樣品的退火氛圍，進行納秒脈沖激光退火后，獲得納米硅發(fā)光材料。所述的納秒脈沖激光的脈沖寬度為為10納秒-10微秒，光子強度為IKW/Cm2-1OOOKW/cm2，脈沖重復率為1000/s-5000/s，光子波長為355nm-1064nm，作用時間為10s_30min;所述的退火氛圍為高真空(10—5 Pa)下充氬氣或氮氣。
[0010]納秒脈沖激光退火裝置，包括真空腔，在真空腔內(nèi)的頂部設有樣品臺，樣品臺的工作面向下，在真空腔上設有處于樣品臺工作面下方的退火激光入射口，測溫激光入射口及測溫激光出射口；在真空腔外設有退火納秒脈沖激光發(fā)生器，測溫激光發(fā)射器及激光測溫傳感接收器，在退火納秒脈沖激光發(fā)生器與退火激光入射口之間的光路上設有退火激光束整形透鏡，在測溫激光發(fā)射器與測溫激光入射口之間的光路上設有測溫激光束整形透鏡；在真空腔上還設有氛圍氣路。
[0011]由于采用以上技術方案，本實用新型采用在真空腔內(nèi)設置樣品臺，并設置相應的退火激光源，在硅片上以納秒脈沖激光退火的方式制備納米硅發(fā)光材料，由于光子作用樣品來升溫穩(wěn)定性好、退火氛圍好控制且操作靈敏特，可以進行精準的30秒到5分鐘的快速退火，別適合快速退火要求;所用來退火的納秒脈沖激光可以使樣品溫度保持到500K-1800K的需求點，獲取很好的晶化條件;完全可以替代火爐退火的方式來制備納米硅結構，所制備出2-5nm的硅量子點結構，在其結構上實現(xiàn)了光栗浦可見光區(qū)的強發(fā)光和電栗浦在光通信波段的發(fā)光，通過控制納秒脈沖激光的脈沖寬度、光子強度、脈沖重復率、光子波長及作用時間等參量可以制備2-3nm、3-4nm與4-5nm尺度分布很窄的量子點結構。本實用新型為在硅片上采用激光退火的方式制備納米硅發(fā)光材料提供一套可行的硬件設備，其結構簡單，使用效果好。
[0012]【附圖說明】，
[0013]圖1為本實用新型的結構不意圖；
[0014]圖2為本實用新型的納秒脈沖激光退火后的硅片SEM圖；
[0015]圖3為本實用新型的納秒脈沖激光退火后的硅片TEM圖，圖中顯示硅量子點結構；
[0016]圖4為本實用新型的納秒脈沖激光退火后的納米硅發(fā)光譜圖。
[0017]【具體實施方式】，
[0018]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明，但不作為對本實用新型的限制。
[0019]本實用新型的實施例:用納秒脈沖激光退火制備納米硅發(fā)光材料的方法:
[0020](I)預處理:對單晶硅片進行P型摻雜，形成電阻率2?20歐.厘米的硅片，用氫氟酸除去硅表面在空氣中形成的氧化硅層，用脈沖激光沉積(PLD)法在硅片上制備出非晶硅薄膜；
[0021](2)調(diào)整用于退火的納秒脈沖激光束:獲取納秒脈沖激光，倍頻在近紅外波段，保持激光束斑均勻覆蓋需退火的范圍，調(diào)激光重復率至800?1200次/秒、脈寬60?100納秒；用倍頻鏡在可見光下完成調(diào)節(jié)工作；
[0022](3)納秒脈沖激光的脈沖寬度為10納秒-10微秒，光子強度為1KW/Cm2-1000KW/Cm2，脈沖重復率為1000/s-5000/s，光子波長為355nm-1064nm，作用時間為10s-30min;所述的退火氛圍為高真空(10—5 Pa)下充氬氣或氮氣。進行納秒脈沖激光退火后，獲得納米硅發(fā)光材料；
[0023](4)在電鏡下觀察納秒脈沖激光退火后的晶化及其形貌特征;獲取很好的晶化條件，如圖2所示;納米硅發(fā)光材料的尺度分布為3-4nm，如圖3所示；
[0024](5)用光致熒光PL譜儀檢測納秒脈沖激光退火后的納米硅的發(fā)光特性，如圖4所示，可見，納秒脈沖激光退火的時間是重要參量之一。
[0025]納秒脈沖激光退火裝置的結構如圖1所示，包括真空腔I，在真空腔I內(nèi)的頂部設有樣品臺2，樣品臺2的工作面向下，在真空腔I上設有處于樣品臺2工作面下方的退火激光入射口 3，測溫激光入射口 4及測溫激光出射口 5;在真空腔外設有退火納秒脈沖激光發(fā)生器6，測溫激光發(fā)射器7及激光測溫傳感接收器8，在退火納秒脈沖激光發(fā)生器6與退火激光入射口 3之間的光路上設有退火激光束整形透鏡9，在測溫激光發(fā)射器7與測溫激光入射口 4之間的光路上設有測溫激光束整形透鏡10;在真空腔I上還設有氛圍氣路11;另外，還有一些在真空腔I上必要的常規(guī)設置結構，此處就不再贅述。
【主權項】
1.一種納秒脈沖激光退火裝置，包括真空腔(I)，其特征在于:在真空腔(I)內(nèi)的頂部設有樣品臺(2)，樣品臺(2)的工作面向下，在真空腔(I)上設有處于樣品臺(2)工作面下方的退火激光入射口(3)，測溫激光入射口(4)及測溫激光出射口(5);在真空腔外設有退火納秒脈沖激光發(fā)生器(6)，測溫激光發(fā)射器(7)及激光測溫傳感接收器(8)，在退火納秒脈沖激光發(fā)生器(6)與退火激光入射口(3)之間的光路上設有退火激光束整形透鏡(9)，在測溫激光發(fā)射器(7)與測溫激光入射口(4)之間的光路上設有測溫激光束整形透鏡(10);在真空腔(I)上還設有氛圍氣路(11)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種納秒脈沖激光退火裝置。本實用新型在真空腔內(nèi)設置樣品臺，并設置相應的退火激光源，在硅片上以納秒脈沖激光退火的方式制備納米硅發(fā)光材料，由于光子作用樣品來升溫穩(wěn)定性好、退火氛圍好控制且操作靈敏特，可以進行精準的10秒到5分鐘的快速退火，別適合快速退火要求；所用來退火的納秒脈沖激光可以使樣品溫度保持到500K-1800K的需求點，獲取很好的晶化條件；完全可以替代火爐退火的方式來制備納米硅結構，所制備出2-5nm的硅量子點結構，在其結構上實現(xiàn)了光泵浦可見光區(qū)的強發(fā)光和電泵浦在光通信波段的發(fā)光，通過控制納秒脈沖激光的脈沖寬度、光子強度、脈沖重復率、光子波長及作用時間等參量可以制備2-3nm、3-4nm與4-5nm尺度分布很窄的量子點結構。本實用新型簡單易行，使用效果好。
【IPC分類】C23C14/58, C23C14/16, H01L33/00, C23C14/28
【公開號】CN205223338
【申請?zhí)枴緾N201520795779
【發(fā)明人】黃偉其
【申請人】貴州大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年10月15日