非晶半導體量子點的金屬誘導納米晶化的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及非晶半導體的金屬誘導晶化，特別是涉及非晶半導體小點和量子點的金屬誘導晶化。
【背景技術】
[0002]從鍛造古代日本武士刀或劍(非專利文獻I)到現在納米工程化晶體管柵電極(非專利文獻2和3)，幾個世紀以來對于結晶度和晶粒結構的控制都是高級材料工程和冶金學的核心部分。機械、光學、磁電性能(僅舉幾例)均可通過控制如晶粒尺寸、晶界析出相以及晶體缺陷密度和雜質(非專利文獻4-6)等參數來定制。金屬誘導晶化(MIC)是一種在相對較低的溫度和適當的金屬催化劑的存在下使非晶半導體材料結晶的現象(非專利文獻7-8)。據報道，大范圍的具有完全不同的材料相互作用的塊體材料(例如，Ni，Al和Ag)具有MIC(非專利文獻9-13)。由于非晶半導體材料在太陽能電池和場效應晶體管中的應用，其金屬誘導晶化(MIC)已經得到深入研究。
[0003]S1-Ag系統在過去三十年已被深入地研究(非專利文獻14-17)。尤其是，Si含量為11%時，這個二元系統具有約830攝氏度至845攝氏度的共晶溫度(作為參照，塊體Si和Ag的熔點分別為1414攝氏度和962攝氏度)(非專利文獻15)。不同于很多過渡金屬/Si系統，在固態的Ag和Si的互溶度是可以忽略不計的(非專利文獻16)，這是一個重要的屬性。Bokhanov和Korchagin最近對于非晶Si膜/Ag顆粒體系的研究簡要概括了控制MIC的機制；共晶體(eutectic)的形成是通過金屬擴散到非晶Si內并形成亞穩態硅化銀而進行的。對體系的后續冷卻導致亞穩態硅化物分解，隨后演化出多晶Si和金屬Ag(非專利文獻17) ο
[0004]然而，至今這些研究和改進一直限于三維塊體和二維薄膜。
[0005]引文列表
[0006]非專利文獻
[0007]非專利文獻1:M.Durand-Charre, "Microstructure of steels and castiron〃Springer，第 28 頁(2003).
[0008]非專利文獻2:X.Duan, R.Gao, P.Xie, T.Cohen-Karni, Q.Qing, H.S.Choe, B.Tian, X.Jiang, C.M.Lieber, Nature Nanotechnol.7, 174 (2012).
[0009]非專利文獻3:M.A.Green, J.Zhao, A.Wang, P.J.Reece, M.Gal, Nature412，805(2001).
[0010]非專利文獻4: H.A.Atwater, A.PoIman, Nature Mater.9, 205 (2010).
[0011]非專利文獻5: W.Wang, S.Wu, K.Reinhardt, Y.Lu, S.Chen, NanoLett.10，2012(2010).
[0012]非專利文獻6: J.P.ffilcoxon, B.L.Abrams, Chem.Soc.Rev.35, 1162 (2006).
[0013]非專利文獻7: J.D.Hwang, L.C.Luo, T.J.Hsueh, S.B.Hwang, App1.Phys.Lett.101，152108(2012).
[0014]非專利文獻8: J.A.Farmer, C.T.Campbell, Science 329，933 (2010).
[0015]非專利文獻9:0.G.Shpyrko 等，Science 313, 77(2006).
[0016]非專利文獻10:S.Kumagai 等，Jpn.J.Appl.Phys.51，11PA03 (2012).
[0017]非專利文獻11:M.1takura, S.Masumori, N.Kuwano, H.Kanno, T.Sadoh, M.Miyao, Appl.Phys.Lett.96, 182101 (2010).
[0018]非專利文獻12: C.W.Lin, S.C.Lee, Y.S.Lee, J Mater Sc1:Mater Electron21，270(2010).
[0019]非專利文獻13:0.Nast, Andreas J.Hartmann, J.Appl.Phys.88, 716 (2000).
[0020]非專利文獻14:R.ff.0leslnski, A.B.Gokhale, G.J.Abbaschlan, Bulletin ofAlloy Phase Diagrams 635,10 (1989).
[0021]非專利文獻15: A.V.Nomoev 和 S.P.Bardakhanov, Tech.Phys.Lett.38，375(2012).
[0022]非專利文獻16:J.H.Choi 等，J.Mater.Chem.21，13256(2011).
[0023]非專利文獻17:B.Bokhonov, M.Korchagin, Journal of Alloys and Compound335, 149(2002).
【發明內容】
[0024]技術問題
[0025]還沒有關于非晶硅納米級小顆粒或量子點的金屬誘導晶化的報道，這種金屬誘導晶化對各種生物成像和生物傳感應用、氫儲存和/或光電子器件非常有用。
[0026]因此，本發明涉及可用于多種半導體工程以及制造的非晶小規模顆粒和量子點。
[0027]本發明目的是提供對非晶小規模顆粒和量子點進行金屬誘導晶化的方法，并提供可用于多種半導體工程以及制造的金屬誘導晶化納米顆粒或量子點。
[0028]技術方案
[0029]為了實現上述或其他優點，并根據本發明的目的，如所實施和寬泛描述那樣，本發明在一方面提供了通過行進中修飾(in flight decorat1n)和金屬誘導晶化(MIC)對半導體量子點(QD)的內部結構的結晶度控制，這盡發明人所知目前還未實現。
[0030]在另一方面，本發明提供形成結晶半導體顆粒的方法，其包括如下步驟:在真空聚集室中形成非晶半導體顆粒；將在真空聚集室中形成的非晶半導體顆粒傳送到真空沉積室中，所述真空沉積室內保持有基板；和在非晶半導體顆粒仍在向所述真空沉積室中的所述基板運送的同時對非晶半導體顆粒施加金屬催化劑蒸汽以在傳送中經由金屬催化劑誘導非晶半導體顆粒的至少一部分結晶化，從而將附著有所述金屬催化劑的結晶的半導體顆粒沉積在基板上。
[0031]在另一方面，本發明提供納米級多晶化半導體顆粒，其包括具有納米級尺寸的金屬誘導的多晶化半導體顆粒。
[0032]發明效果
[0033]本發明的額外或不同的特征和優點會在下文的說明中進行闡述，并且其一部分從這些說明是顯而易見的，或可通過本發明的實踐得知。本發明目的和其他優點可通過在說明書和權利要求以及附圖中特別指出的結構來實現并獲得。
[0034]但應理解的是，前述的一般性說明和以下詳細說明是示例性和解釋性的，其是用于給本發明權利要求提供進一步解釋。
【附圖說明】
[0035][圖1(A)]圖1 (A)是用于本發明實施方式的生產的改進的核-殼納米顆粒沉積系統100的示意圖。
[0036][圖1(B)]圖1 (B)是根據本發明實施方式的具有大于1000顆粒的顆粒高度分布的S1-Ag納米顆粒的AFM高度圖像。插圖中顯示了擬合為柱狀圖的對數正態分布。
[0037][圖1(C)]圖1 (C)是根據本發明的Si核-Ag子殼(subshell)納米顆粒的低分辨率HAADF-STEM顯微圖。所述Si核以點綴有明亮的銀納米簇的灰對比色出現。
[0038][圖2]圖2顯示了:㈧根據本發明實施方式的Si核-Ag子殼納米顆粒(Si核以點綴有分別標記為編號I?4的明亮的銀納米簇的灰對比色出現)的高分辨率HAADF-STEM顯微圖；(B)在電子束下與(A)具有相同取向的相同納米顆粒的亮場HRTEM圖像(前述編號為1-4的Ag納米簇在HAADF模式中顯示成黑斑樣)；(C)具有2個Ag納米簇和2個Si晶粒的納米顆粒的亮場HRTEM圖像；⑶具有3個Ag納米簇和3個Si晶粒的納米顆粒的亮場HRTEM圖像；(E)具有6個Ag納米簇和6個Si晶粒的納米顆粒的亮場HRTEM圖像；和(F)具有8個Ag