一种单晶薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单晶薄膜的制备方法，涉及单晶薄膜制备技术领域，具体是指对具有特定形状的非晶薄膜进行热处理来制备单晶薄膜的方法。首先在基板上形成非晶薄膜；然后对上述薄膜进行加工形成三段形状；再通过热处理、激光照射、微波处理或电磁辐射加热等手段，依次处理非晶薄膜的各个区，使其逐渐结晶，在基片上依次形成多晶区、选择区和单晶薄膜区，最后去掉多晶区和选择区即可得到单晶薄膜。

【技术实现步骤摘要】
一种单晶薄膜的制备方法
本专利技术涉及单晶薄膜制备
，特别涉及一种单晶薄膜的制备方法。
技术介绍
单晶整个晶格是连续的，具有重要的工业应用。目前，制备单晶的方法多种多样，包括提拉法、热交换法及布里奇曼法等，但这些方法多要用到坩埚，这会使晶体受到污染，而且制备的单晶多是块状或片状的。同时，为了获得理想的单晶体，通常要加入单晶籽晶作为晶体生长的起点，一方面，籽晶作为复制样本，可使制备的单晶和籽晶有相同的晶向；另一方面，籽晶是作为晶核的，有较大晶核的存在可以减少熔体向晶体转化时必须克服的势垒。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种单晶薄膜的制备方法，该方法不需要坩埚，不需要额外加入单晶籽晶，只需要对沉积于基板上的具有特定图形的非晶薄膜进行热处理，即可生长出单晶薄膜。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术手段：一种单晶薄膜的制备方法，包括以下步骤：1)在基板上形成三段结构的非晶薄膜；非晶薄膜的第一区、第二区和第三区依次连接，第二区为细长结构，其宽度小于多晶生成的最小宽度；2)通过物理结晶手段，依次处理非晶薄膜的第一区、第二区和第三区，使其逐渐结晶，第一区的非晶首先结晶形成多晶薄膜，第二区由于宽度选择作用逐渐结晶为单晶薄膜，第三区沿着第二区的单晶薄膜继续生长，直至扩展生长到全部第三区；然后在基板上依次形成多晶薄膜区、选择薄膜区和单晶薄膜区；3)去掉多晶薄膜区和选择薄膜区即可得到单晶薄膜。步骤1)中，三段结构的非晶薄膜是先在基板上通过PVD、CVD或溶液镀膜的方法在形成整片非晶薄膜，再对整片薄膜进行刻蚀加工为三段结构，刻蚀加工采用溶液刻蚀法或等离子体刻蚀法。步骤1)中，三段结构的非晶薄膜是在基板上预先放置一个具有镂空成三段结构的掩膜版，然后直接蒸镀成三段结构的非晶薄膜。步骤2)中，所述的物理结晶手段为热处理、激光照射、微波处理或电磁辐射加热。步骤2)中，对于热处理法是通过加热器进行加热，使非晶薄膜的第一区、第二区和第三区依次缓慢均匀熔化，然后依次缓慢降温结晶，第一区的非晶降温后首先结晶形成多晶薄膜，第二区降温时由于宽度选择作用逐渐结晶为单晶薄膜，第三区降温时沿着第二区的单晶薄膜继续生长，直至扩展生长到全部第三区。所述的加热器为环形结构，加热时，基板与加热器相对运动。所述的非晶薄膜为金属或半导体薄膜。所述的金属为Al、Cu、Ag、Au、Ti；所述的半导体为a-Si、a-Ge。所述的第二区的宽度不大于1cm。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术首先在基板上形成三段形状的非晶薄膜；再通过结晶手段，依次处理非晶薄膜的各个区，使其逐渐结晶，在基片上依次形成多晶区、选择区和单晶薄膜区，最后去掉多晶区和选择区即可得到单晶薄膜。关键因素第二区作为结晶选择区，由于宽度的限制不能沿着多晶薄膜继续生长，进而生成单晶薄膜。第三区非晶薄膜熔化后进行降温结晶，由于第二区为单晶区，第三区沿着第二区的单晶区继续生长单晶薄膜，直至扩展生长到全部第三区。实现了无需添加单晶籽晶制备出单晶薄膜。该方法不需要坩埚，不需要额外加入单晶籽晶，只需要对沉积于基板上的具有特定图形的非晶薄膜进行热处理，即可生长出单晶薄膜。进一步，加热结晶处理时，是对具有特定形状的非晶薄膜进行热处理来制备单晶薄膜的方法。该方法只需控制基板和加热器相对运动，即可实现逐步加热熔解并逐步降温结晶的过程，整个处理过程简单，可操作性强。【附图说明】图1为本专利技术制备单晶薄膜的示意图；其中1为第一区，2为第二区，3为第三区，4为加热器，5为基板。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作详细描述：一种单晶薄膜的制备方法，包括以下步骤：首先，在基板5上通过PVD、CVD或溶液法镀膜等方式在基板5上形成非晶薄膜；然后，对制备的非晶薄膜进行刻蚀加工，使非晶薄膜形成图1所示的形状，该形状具有形成多晶薄膜的区1、使单晶选择生长的细长区2、以及形成单晶薄膜的区3；该图形的形成可以采用掩膜蒸镀法，或通过溶液刻蚀法或等离子体刻蚀法对非晶薄膜进行刻蚀，从而形成如图1所示相互连接的三段结构：第二区2为细长结构，其宽度小于多晶生成的最小宽度；最后，通过热处理、激光照射、微波处理或电磁辐射加热等手段，依次处理非晶薄膜的各个区，使其逐渐结晶，在基片上依次形成多晶区、选择区和单晶薄膜区，最后去掉多晶区和选择区即可得到单晶薄膜。本专利技术的工作原理为：对于热处理法，使图形化非晶薄膜水平通过加热器4，使非晶薄膜加热熔化，然后第一区1、第二区(选择区)2、第三区3依次缓慢降温进入低温环境，多晶区1进入低温环境首先结晶形成多晶薄膜，选择区2进入低温环境时由于选择作用逐渐结晶为单晶薄膜，单晶区3进入低温区时单晶薄膜继续生长，直至扩展生长到全部第三区3。本专利技术的第二区2作为结晶选择区，由于宽度的限制不能沿着多晶薄膜继续生长，进而生成单晶薄膜。第三区3非晶薄膜熔化后进行降温结晶，由于第二区2为单晶区，第三区3沿着第二区2的单晶区继续生长单晶薄膜，直至扩展生长到全部第三区3。实现了无需添加单晶籽晶制备出单晶薄膜。三段结构的非晶薄膜还可以在基板1上预先放置一个具有镂空成三段结构的掩膜版，然后直接蒸镀成三段结构的非晶薄膜。实施例首先，通过PVD在基板5上形成a-Si薄膜；然后，对制备的a-Si薄膜进行光刻，使其形成如图1所示的形状，该形状具有相互连接的三段结构：形成多晶Si膜的区1、使单晶选择生长的区2、以及形成单晶Si膜的区3，其中第二区2为细长结构，其宽度不大于1cm；最后，通过热处理、激光照射、微波处理或电磁辐射加热等手段，依次处理a-Si薄膜的各个区，使其逐渐结晶，在基片上依次形成多晶Si区、选择区和单晶Si膜区，最后去掉多晶Si区和选择区即可得到单晶Si膜。另外，本专利技术的非晶薄膜可以为金属或半导体薄膜。金属可以为Al、Cu、Ag、Au或Ti；半导体为a-Si或a-Ge。以上，仅为本专利技术的较佳实施例，并非仅限于本专利技术的实施范围，凡依本专利技术专利范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本专利技术的技术范畴。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在基板(5)上形成三段结构的非晶薄膜；非晶薄膜的第一区(1)、第二区(2)和第三区(3)依次连接，第二区(2)为细长结构，其宽度小于多晶生成的最小宽度；2)通过物理结晶手段，依次处理非晶薄膜的第一区(1)、第二区(2)和第三区(3)，使其逐渐结晶，第一区(1)的非晶首先结晶形成多晶薄膜，第二区(2)由于宽度选择作用逐渐结晶为单晶薄膜，第三区(3)沿着第二区(2)的单晶薄膜继续生长，直至扩展生长到全部第三区(3)；然后在基板(5)上依次形成多晶薄膜区、选择薄膜区和单晶薄膜区；3)去掉多晶薄膜区和选择薄膜区即可得到单晶薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种单晶薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在基板(5)上形成三段结构的非晶薄膜；非晶薄膜的第一区(1)、第二区(2)和第三区(3)依次连接，第二区(2)为细长结构，其宽度小于多晶生成的最小宽度；2)通过物理结晶手段，依次处理非晶薄膜的第一区(1)、第二区(2)和第三区(3)，使其逐渐结晶，第一区(1)的非晶首先结晶形成多晶薄膜，第二区(2)由于宽度选择作用逐渐结晶为单晶薄膜，第三区(3)沿着第二区(2)的单晶薄膜继续生长，直至扩展生长到全部第三区(3)；然后在基板(5)上依次形成多晶薄膜区、选择薄膜区和单晶薄膜区；3)去掉多晶薄膜区和选择薄膜区即可得到单晶薄膜。2.根据权利要求1所述的一种单晶薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，三段结构的非晶薄膜是先在基板(5)上通过PVD、CVD或溶液镀膜的方法在形成整片非晶薄膜，再对整片薄膜进行刻蚀加工为三段结构，刻蚀加工采用溶液刻蚀法或等离子体刻蚀法。3.根据权利要求1所述的一种单晶薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，三段结构的非晶薄膜是在基板(1)上预先放置一个具有镂空成三段结构的掩膜版，然后直接蒸镀成三段结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张方辉，聂屈洋，孙立蓉，牟强，王江南，张婵婵，李亭亭，刘晋红，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61