一种纳－微米多孔硅锗合金热电材料的制备方法

摘要

本发明供了一种纳－微米多孔硅锗合金热电材料的制备方法，属于热电半导体材料技术领域。涉及含有纳米尺度的硅，In，InSb或Sb量子线或点的纳－微米多孔硅锗合金片的制备。本发明采用电化学腐蚀、物理气相蒸镀、第二次化学腐蚀相结合的方法，获得一系列含有纳米尺度的硅或硅锗量子线，在多孔硅锗合金片的孔中含有In，InSb或Sb量子线或点的纳－微米多孔硅锗合金片锗合金，其组成特征是：In，InSb或Sb的重量总含量小于2％，具有实－空结合的量子结构，该结构可以使电子与声子运动分离，从而实现热电性能的大幅度提高，较常规的制备量子阱、量子线或量子点的化学气相沉积等方法具有工艺简便，成本低的优点，该制备方法还可用于较高性能硅锗激光器的研究。

主权项

1、一种纳-微米多孔硅锗合金热电材料的制备方法，采用电化学腐蚀、物理气相蒸镀、二次化学腐蚀相结合的方法，获得一系列含有纳米尺度的硅或硅锗量子线，在多孔硅锗合金片的孔中含有In，InSb或Sb量子线或点的纳-微米多孔硅锗合金片，形成实-空结合量子结构的纳-微米多孔硅锗合金材料；具体工艺步骤为：a、采用高电导率硅锗合金(Si1-xGex(x＝0-0.35))片为原材料；b、分别采用洗涤剂，去离子水和超声波法彻底清洗硅锗合金片；c、采用电化学腐蚀的方法对硅锗合金片进行第一次腐蚀，电流密度为10～30mA/cm2腐蚀时间为0.5～20分钟，腐蚀液组成为浓度10％～20％的氢氟酸，之后用去离子水在条件为20～25KHz的超声波环境超声波清洗30～35分钟；d、用热风机将清洗过的硅锗合金片烘干并置于真空室的样品台上，然后对真空室开始抽真空直至工作真空度；e、选择单源物理气相沉积的方法，并以原子比为1/1的InSb合金为蒸镀源，在多孔硅锗合金片表面沉积厚度为600～900nm的InSb薄膜，工艺参数为：蒸发源温度：1200～1300℃，基片温度：150～200℃，蒸发时间：10～20分钟，真空度：2～3×10-3Pa；f、在100～500℃的温度范围内热处理多孔硅锗合金片3～6小时；g、对热处理过的多孔硅片进行第二次腐蚀，腐蚀时间为3～12分钟，腐蚀液组成为：HF/HNO3/H2O＝1/3/20～1/3/30；h、采用去离子水进行超声波清洗20～25分钟，超声波频率为20～25Hz；i、用热风机将清洗过的硅锗合金片迅速烘干，得到含有一系列具有纳米尺度的硅，In，InSb或Sb量子线或点的纳-微米多孔硅锗合金片。