纳米多孔碳氧硅薄膜的制备方法及薄膜技术

本发明专利技术提供了一种纳米多孔碳氧硅薄膜的制备方法及薄膜，该方法包括：利用氧化法对硅衬底的表面进行处理，在所述硅衬底上形成非晶态氧化硅层；对形成有所述非晶态氧化硅层的所述硅衬底的表面进行碳离子注入，在所述硅衬底上形成碳氧硅混合层；对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行离子透射辐照，在所述硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层。通过上述方案能够实现纳米多孔碳氧硅薄膜的可控制备。膜的可控制备。膜的可控制备。

【技术实现步骤摘要】
纳米多孔碳氧硅薄膜的制备方法及薄膜


[0001]本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种纳米多孔碳氧硅薄膜的制备方法及薄膜。

技术介绍

[0002]由于具有小尺寸、比表面积大和表面能高等特点，纳米多孔材料具有独特的导电、导热和量子效应而备受材料研究者的青睐，而多孔碳氧硅低介电常数薄膜材料被广泛应用于半导体制造业，被认为在未来纳米器件研究与制备中具有很大潜在应用价值。因此，许多方法被应用到碳氧硅纳米薄膜材料的合成与制备中。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种纳米多孔碳氧硅薄膜的制备方法及薄膜，以实现纳米多孔碳氧硅薄膜的可控制备。
[0004]为了达到以上目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0005]根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种纳米多孔碳氧硅薄膜的制备方法，包括：
[0006]利用氧化法对硅衬底的表面进行处理，在所述硅衬底上形成非晶态氧化硅层；
[0007]对形成有所述非晶态氧化硅层的所述硅衬底的表面进行碳离子注入，在所述硅衬底上形成碳氧硅混合层；
[0008]对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行离子透射辐照，在所述硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层；其中，离子透射辐照的能量高于碳离子注入的能量。
[0009]在一些实施例中，所述氧化法为干湿结合氧化法。
[0010]在一些实施例中，对形成有所述非晶态氧化硅层的所述硅衬底的表面进行碳离子注入，在所述硅衬底上形成碳氧硅混合层，包括：
[0011]对形成有所述非晶态氧化硅层的所述硅衬底的表面进行碳离子注入，在所述硅衬底上形成埋于氧化硅层下的碳氧硅混合层；
[0012]对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行离子透射辐照，在所述硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层，包括：
[0013]对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行离子透射辐照，在所述硅衬底和氧化硅层之间形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层。
[0014]在一些实施例中，对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行离子透射辐照，在所述硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层，包括：
[0015]对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行铅离子透射辐照，在所述硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层。
[0016]在一些实施例中，对形成有所述非晶态氧化硅层的所述硅衬底的表面进行碳离子
注入，在所述硅衬底上形成碳氧硅混合层，包括：
[0017]在常温条件下，对形成有所述非晶态氧化硅层的所述硅衬底的表面进行碳离子注入，在所述硅衬底上形成碳氧硅混合层。
[0018]在一些实施例中，对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行离子透射辐照，在所述硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层，包括：
[0019]在常温条件下，对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行离子透射辐照，在所述硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层。
[0020]在一些实施例中，碳离子注入的能量范围为60KeV～120KeV；碳离子注入的剂量范围为2
×
10
17
～1.2
×
10
18
。
[0021]在一些实施例中，离子透射辐照的能量范围为700MeV～900MeV；离子透射辐照的辐照剂量范围为5
×
10
11
～5
×
10
12
。
[0022]在一些实施例中，利用氧化法对硅衬底的表面进行处理，在所述硅衬底上形成非晶态氧化硅层，包括：
[0023]将硅衬底放入两端带有密封塞的石英管中；
[0024]从第一导管通入氧气至第一容器的水的液面以下，然后，第一容器的水的液面以上的氧气通过穿过石英管一端的密封塞的第二导管进入石英管中；氧气经由穿过石英管另一端的密封塞的第三导管进入第二容器，然后，第二容器中的氧气经由第四导管进入第三容器的液体中；
[0025]在有氧气通过石英管的情况下，将石英管加热至第一温度，并将第一容器加热至第二温度，在保持设定时间后，在所述硅衬底上形成非晶态氧化硅层；其中，第一温度的范围为1000℃～1200℃，第二温度的范围为60℃～100℃。
[0026]在一些实施例中，所述硅衬底为硅片。
[0027]在一些实施例中，对形成有所述非晶态氧化硅层的所述硅衬底的表面进行碳离子注入，在所述硅衬底上形成碳氧硅混合层之前，所述制备方法还包括：
[0028]根据欲制备的纳米多孔碳氧硅薄膜在硅衬底中所处的深度要求，确定碳离子注入所用碳离子束的能量值；和/或
[0029]根据欲制备的纳米多孔碳氧硅薄膜的厚度要求或其中纳米径迹孔隙的径迹长度要求，确定碳离子注入所用碳离子束的剂量值；和/或
[0030]根据欲制备的纳米多孔碳氧硅薄膜的区域要求，确定碳离子注入所用碳离子束的束斑形状和面积大小。
[0031]在一些实施例中，对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行离子透射辐照，在所述硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层之前，所述制备方法还包括：根据欲制备的纳米多孔碳氧硅薄膜中的纳米径迹孔隙的孔径要求，确定离子透射辐照所用离子束的剂量值。
[0032]根据本专利技术实施例的另一个方面，提供了一种纳米多孔碳氧硅薄膜，利用上述实施例所述的方法制备得到；其中，纳米多孔碳氧硅薄膜中的纳米径迹孔隙的直径的范围为1nm～10nm；纳米多孔碳氧硅薄膜的厚度的范围为500nm～600nm。
[0033]本专利技术实施例的纳米多孔碳氧硅薄膜的制备方法及薄膜，通过利用氧化法在所述硅衬底上形成非晶态氧化硅层，并对形成有非晶态氧化硅层的硅衬底的表面进行碳离子注
入，在该硅衬底上形成碳氧硅混合层，然后，对形成有碳氧硅混合层的硅衬底的表面进行离子透射辐照，在该硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层，能够实现纳米多孔碳氧硅薄膜的制备。而且，通过改变碳离子的注入条件和离子透射辐照的条件能够很好地调控碳氧硅薄膜中孔隙的尺寸。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0035]图1是本专利技术一实施例的纳米多孔碳氧硅薄膜的制备方法流程示意图；
[0036]图2是本专利技术一实施例中干湿结合氧化法所用装置的结构示意图；
[0037]图3是本专利技术一实施例的纳米多孔碳氧硅薄膜的制备工艺流程示意图；
[0038]图4是根据本专利技术一实施例的制备方法得到薄膜制备结果的透射电镜图像。
[0039]符号说明：
[0040]1：第一导管；2：第一容器；3：第二导管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米多孔碳氧硅薄膜的制备方法，其特征在于，包括：利用氧化法对硅衬底的表面进行处理，在所述硅衬底上形成非晶态氧化硅层；对形成有所述非晶态氧化硅层的所述硅衬底的表面进行碳离子注入，在所述硅衬底上形成碳氧硅混合层；对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行离子透射辐照，在所述硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层，作为纳米多孔碳氧硅薄膜；其中，离子透射辐照的能量高于碳离子注入的能量。2.如权利要求1所述的纳米多孔碳氧硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述氧化法为干湿结合氧化法。3.如权利要求1所述的纳米多孔碳氧硅薄膜的制备方法，其特征在于，对形成有所述非晶态氧化硅层的所述硅衬底的表面进行碳离子注入，在所述硅衬底上形成碳氧硅混合层，包括：对形成有所述非晶态氧化硅层的所述硅衬底的表面进行碳离子注入，在所述硅衬底上形成埋于氧化硅层下的碳氧硅混合层；对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行离子透射辐照，在所述硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层，包括：对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行离子透射辐照，在所述硅衬底和氧化硅层之间形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层。4.如权利要求1所述的纳米多孔碳氧硅薄膜的制备方法，其特征在于，对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行离子透射辐照，在所述硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层，包括：对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行铅离子透射辐照，在所述硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层。5.如权利要求1至4任一项所述的纳米多孔碳氧硅薄膜的制备方法，其特征在于，对形成有所述非晶态氧化硅层的所述硅衬底的表面进行碳离子注入，在所述硅衬底上形成碳氧硅混合层，包括：在常温条件下，对形成有所述非晶态氧化硅层的所述硅衬底的表面进行碳离子注入，在所述硅衬底上形成碳氧硅混合层；对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行离子透射辐照，在所述硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层，包括：在常温条件下，对形成有所述碳氧硅混合层的所述硅衬底的表面进行离子透射辐照，在所述硅衬底上形成包含纳米径迹孔隙的碳氧硅混合层。6.如权利要求4所述的纳米多孔碳氧硅薄膜的制备方法，其特征在于，碳离子注入的能量范围为60KeV～120KeV；碳离子注入的剂量范围为2
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘纯宝，蔡鲁刚，陈兰芳，
申请(专利权)人：菏泽学院，
类型：发明
国别省市：