專利名稱：硅基稀土摻雜發(fā)光材料摻雜方法
技術領域：
本發(fā)明涉及種稀土摻雜發(fā)光材料制備方法特別涉及種硅基稀土摻雜發(fā)光材料制備方法，北 冃旦 眾技術由于硅材料的間接帶隙特性，發(fā)光效率很低，人們期待通過各種雜質元素的摻入能夠有效的增加硅基材料的發(fā)光特性，其中，硅基稀土摻雜受到了特別的重視1983年和1 9 85年，德國科學家E n n e在美國應用物理快報上報道了利用離子注入的方法實現(xiàn)硅基材料稀土鉺離子的摻雜并觀察到來自于稀土鉺離子的光致發(fā)光和電致發(fā)光(美國 Applied Physics Letters,1 9 8 3Vol4 3page9 4 3禾口19 8 5 Vol4 6page3 8 1)，引發(fā)了全世界對于硅基 稀土摻雜制備發(fā)光材料的熱潮。相關的成果他們申報 了歐洲專利。1990年為有效的增加硅基稀土離子的發(fā)光性能并改善溫度淬滅效應，日本科學家Favennec提出采 用共摻0等雜質原子的方法可有效的增加硅基稀土離 子摻雜體系的發(fā)光 (Japanese Journal of AppliedPhy si c s ，Part 2: Letters, v 2 9, n4 ， Apr,19 90，P5 2 4-5 2 6)， 基于此原理先后實現(xiàn)了室溫近紅夕卜鉺摻硅光致發(fā)光和電致發(fā)光。然而，我們的研究發(fā)現(xiàn)，即使采用上述方法，也很難觀察到來自于稀土離子的發(fā)光信號?；诖?，我們通過多次研究發(fā)現(xiàn)了可重復的實現(xiàn)稀土離子發(fā)光的有效摻雜方法。發(fā)明內容本發(fā)明專利的目的是提供一種硅基稀土摻雜發(fā)光材料制備方法，采用在硅材料中預先生成納米尺度的化合物量子點、，此量子點可作為后續(xù)離子注入摻雜的稀土離子的優(yōu)先成核中心。然后通過離子注入的方法實現(xiàn)稀土離子的摻雜。后續(xù)退火可激活稀土離子，實現(xiàn)、、-密度以及高比例的稀土離子光學激活此類材料與器件可應用于硅基光電子集成本發(fā)明種硅基稀土摻雜發(fā)光材料制備方法，特征在于，苴 z 中包括如下步驟
步驟1:取硅基襯底體材料，或硅基襯底體材料上的薄膜;步驟2:通過離子注入或淀積的方法在襯底材料或硅基襯底體材料上的薄膜表面生長 一 層含有雜質的硅基薄膜步驟3通過退火使硅基材料上的薄膜硅基材料結晶同時生成含有雜質元素的化合物量子點；步驟4:通過離子注入實現(xiàn)稀土離子的摻雜；步驟5:通過退火激活稀土離子。-其中硅基襯底為單晶體硅，或為so:[，即絕緣體上硅一s i1 ic 0no nn sulator,或為單晶硅、鍺、碳、錫之間的合金、子阱、量子線、量子點。中稀土離子包括所有1 6種稀土材料，它們是釔、鑭、鈰、摔 T曰、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、,思、镥或它們的組合。苴 7 、中娃基薄膜中除稀土離子之外的雜質離子包括氮、氧、或它們的組合。中硅基薄膜中除稀土離子之外的雜質離子利用離子注入到硅基材料或硅基襯底體材料上的薄膜表面將雜或者通過淀積方法在硅片表面生成一層含雜質離子的硅基薄膜實行摻雜。
其中硅基薄膜中化合物量子點的尺寸在1納米到 50納米之間。其中硅基薄膜中納米尺度化合物的分子式為Si 0x, SiNy，SiOxNy,.其中0 <x， y《2 。其中退火的溫度在2 0 0 °C至lj 1 0 0 0 °C之間。其中離子注入時溫度在零下2 0 0 °C到8 0 0 °C之間。


為進一步說明本發(fā)明的技術內容，以下結合實例及附圖對本發(fā)明作 一 詳細的描述，其中圖1是通過常溫離子注入的方法首先在硅襯底里注入氧或氮，預先在高溫下退火生成納米尺度的化合物量子點、;接著注入稀土離子，再次退火激活稀土離子發(fā)光的工藝步驟圖。圖2是在常溫下究5次注入氧和鉺的硅片的低溫(1 OK)熒光譜。激發(fā)光源采用氬離子激光器，光源 波長為4 8 8納米，激發(fā)功率為6 0毫瓦，斬波器頻 率為2 7 3赫茲；其中 一 批樣品在最先注入氧之后， 有一次氮氣氣氛下的高溫退火過程。員體施方式本發(fā)明提出種與現(xiàn)基稀土摻雜發(fā)光材料制備生成納米尺度的化合物量離子注入摻雜稀土離子的子注入的方法實現(xiàn)稀土離稀土離子，實現(xiàn)高密度以活此類材料與器件可應國際上已經(jīng)在硅基摻的工作，般而曰，都是摻的辦法然后步退火激雜質離子形成絡合的發(fā)光臼 曰曰這種辦法有很明顯的子太多因為化學鍵Si-0之間的鍵能，因此it y人摻的土離子結合而大量無效造成了嚴重的曰 曰曰格損傷。在我們這種辦法中，材料中，通過預退火工藝應生成咼密度的納米尺度不對曰 曰曰格材料造成嚴重的度的一ft化硅等納米粒子有微電子工藝完全兼容的硅方法。采用在硅材料中預先子點，此子點、可作為后續(xù)優(yōu)先成核中心。然后通過離子的摻雜后續(xù)退火可激活及高比例的稀土離子光學激用于硅基:光電子集成t稀土發(fā)光材料領域作了大量采用稀土離子和雜質離子it y人活稀土離子、讓稀土離子與中心，同時也讓硅基材料結缺陷，主要是需要的雜質離鍵鍵能遠大于稀土和氧原子氧只有很少部分能夠和稀的氧原子的摻入對曰 曰曰體材料氧原子等原子事先弓i入娃基使之在襯底里面和硅發(fā)生反的二氧化硅納米粒子同時又損傷。在此基礎上，納米尺可以作為后續(xù)稀土離子的成
核中心，讓稀土離子選沉積在納1 一 木一氧化硅粒子外圍或里面這種方式生成的稀土離子絡合物有咼度的光學活性此種工藝也與現(xiàn)有的硅基微電子工藝完全兼容研究表明，無預退火形成化合物量子點的摻鉺樣叩，光泵,卜主 i冃況下無發(fā)光產(chǎn)生；相反，有預退火形成化合物子點、的摻鉺樣P 叩光泵情況下可實現(xiàn)比較強的發(fā)光，相關試驗重復性好請參閱圖1所示本發(fā)明提供—種硅基稀土摻雜發(fā)光材料制備方法，采用在硅材料中預先生成納米尺度的化合物子點、，此量子點可作為后續(xù)離子注入摻雜的稀土離子的優(yōu)先成核中心。 然后通過離子注入的方法實現(xiàn)稀土離子的摻雜。后續(xù)退火可激活稀土離子，實現(xiàn)密度以及咼比例的稀土離子光學激活此類材料與器件可應用于硅基光電子集成，其特征在于中包括:步驟1:取硅基襯底體材料，或硅基襯底體材料上的薄膜硅基襯底為單曰 曰曰體硅，或為 SOI ，即絕緣體上硅-s i1 icono nin sula to r，或為單晶硅、鍺、碳、錫之間的合金、量子阱、量子線、量子點。步驟2 :通過離子注入或淀積的方法在襯底材料防霧性表面處理劑和防霧性樹脂片技術領域本發(fā)明涉及給樹脂片等的表面賦予防霧性有用的防霧性表面處理劑(防 霧處理劑)和防霧性樹脂片，還涉及防霧性樹脂片的制造方法和賦予了防霧 性的容器。
背景技術：
苯乙埽類樹脂片等疏水性合成樹脂片，可在食品等的包裝容器方面使 用，可是防霧性卻比較低。因此，在用上述片材制成的容器中裝入食品等時， 由于氣溫、濕度的變化，水蒸氣會以微小水滴的形式附著在容器的表面上而 產(chǎn)生霧氣，使透明性降低。由此降低了對內容物的可見性。因此，曾經(jīng)提出過使用脂肪酸酯類等賦予樹脂片以防霧性的方法。例如，在特公昭63-62538號公報(專利文獻l)中，公開了在苯乙烯類樹脂薄膜上涂 布含有特定比例的蔗糖脂肪酸酯、聚合度在800以下的未改性聚乙烯醇和聚 硅氧烷乳液的水溶液的方法。在特開平10-309785號公報(專利文獻2)中，公 開了在一面上被覆蔗糖脂肪酸酯和曱基纖維素的混合物的同時，還在該被覆 層上被覆硅油，而在另一面上被覆硅油的苯乙烯類樹脂片。在專利第3241797 號說明書(專利文獻3)中，公開了在聚合物薄膜的至少一個面上涂布含有蔗 糖脂肪酸酯、聚硅氧烷乳液、多糖類和/或親水性高分子(除了聚乙烯醇)的表 面處理劑的方法。在特開2003-201355號公報(專利文獻4)中，公開了用蔗糖 脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯等多元醇型非離子性表面活性劑和聚乙二醇型非 離子性表面活性劑的混合物被覆表面的防霧性樹脂片。而在特開 2004-238614號公報(專利文獻5)中，公開了用由多元醇脂肪酸酯、聚乙烯醇 以外的非醚類親水性高分子、至少具有氧亞乙基單元的醚類親水性高分子和 硅油構成的表面處理劑被覆的防霧片。但是，在這些現(xiàn)有的防霧性片中，防霧性都不太充分。這就是說，上述 防霧性片，比如在容器內裝入高溫的內容物時，對內容物所產(chǎn)生的水蒸氣的(1 QK)熒光譜。激發(fā)光源采用氬離子激光器，光源 波長為4 8 8納米，激發(fā)功率為6 0毫瓦，斬波器頻 率為2 7 3赫茲；其中 一 批樣品在最先注入氧之后， 有一次氮氣氣氛下的高溫退火過程。
權利要求
1、一種硅基稀土摻雜發(fā)光材料制備方法，其特征在于，其中包括如下步驟步驟1取一硅基襯底體材料，或硅基襯底體材料上的薄膜；步驟2通過離子注入或淀積的方法在襯底材料或硅基襯底體材料上的薄膜表面生長一層含有雜質的硅基薄膜；步驟3通過退火使硅基材料上的薄膜硅基材料結晶，同時生成含有雜質元素的化合物量子點；步驟4通過離子注入實現(xiàn)稀土離子的摻雜；步驟5通過退火激活稀土離子。
2 、根據(jù)權利要求1所述的 一 種硅基稀土摻雜發(fā) 光材料制備方法，其特征在于，其中硅基襯底為單晶 體硅，或為S0I，艮卩絕緣體上硅—silicon on insulator,或為單晶硅、鍺、碳、錫之間的合金、量子阱、量子 線、量子點。
3 、根據(jù)權利要求1所述的 一 種硅基稀土摻雜發(fā) 光材料制備方法，其特征在于，其中稀土離子包括所 有1 6種稀土材料，它們是釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鎮(zhèn)、鏡、镥或它的組合4、根據(jù)權利要求1所述的一種硅基稀土摻雜發(fā)光材料制備方法特征在于，其中硅基薄膜中除稀土離子之夕卜的雜質離子包括氮氧、或它們的組合。5、根據(jù)權利要求1所述的一種硅基稀土摻雜發(fā)光材料制備方法，特征在于，其中硅基薄膜中除稀土離子之外的雜質離子利用離子注入到硅基材料或娃基襯底體材料上的薄膜表面實行摻雜，或者通過淀積方法在硅片表面生成層含雜質離子的硅基薄膜實行摻雜6、根據(jù)權利要求1所述的一種硅基稀土摻雜發(fā)光材料制備方法，特征在于，其中硅基薄膜中化合物子點、的尺寸在1納米到50納米之間(7、根據(jù)權利要求1所述的一種硅基稀土摻雜發(fā)光材料制備方法特征在于，其中硅基薄膜中納米尺度化合物的分子式為s〗:0x，SiNy， SiOxNy， 其中0<x ,y《28、根據(jù)權利要求1所述的一種硅基稀土摻雜發(fā)光材料制備方法，特征在于，其中退火的溫度在200。C到1000之間9根據(jù)權利要求1所述的一種硅基稀土摻雜發(fā)光材料制備方法，其特征在于，其中離子注入時溫度在零下2 0 0 °C歪IJ 8 0 0 °C之間。
全文摘要
一種硅基稀土摻雜發(fā)光材料制備方法，其特征在于，其中包括如下步驟步驟1取一硅基襯底體材料，或硅基襯底體材料上的薄膜；步驟2通過離子注入或淀積的方法在襯底材料或硅基襯底體材料上的薄膜表面生長一層含有雜質的硅基薄膜；步驟3通過退火使硅基材料上的薄膜硅基材料結晶，同時生成含有雜質元素的化合物量子點；步驟4通過離子注入實現(xiàn)稀土離子的摻雜；步驟5通過退火激活稀土離子。
文檔編號C09K11/77GK101161769SQ200610113650
公開日2008年4月16日 申請日期2006年10月11日 優(yōu)先權日2006年10月11日
發(fā)明者余金中, 張建國, 成步文, 王啟明, 王曉欣 申請人:中國科學院半導體研究所