專利名稱：稀土復(fù)合離子注入發(fā)光材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種離子注入制備發(fā)光材料的方法，特 法別涉及一種稀土復(fù)合離子注入制備發(fā)光材料的方背景技術(shù)在各種各樣固態(tài)發(fā)光材料的制備中，稀土離子經(jīng)常被采用作為摻雜離子來(lái)實(shí)現(xiàn)各種波段的發(fā)光光源在制備稀土摻雜發(fā)光材料的方法中，離子注入是其中—個(gè)重要的摻雜手段，它采用非平衡摻雜的原理可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超過(guò)材料中稀土固溶度的摻雜密度，尤其是在半導(dǎo)體材料或薄膜材料的需要精密控制摻雜劑純度的摻雜過(guò)程中，離子注入可以很好的滿足這方面的需求德國(guó)最早報(bào)道了釆用離子注入稀土金屬Er進(jìn)入半導(dǎo)體材料單晶桂禾口石申化嫁中(美國(guó)Applied PhysicsLetters,1 9 8 3Vol 4 3page 9 4 3禾口 1985Vol 4 6page 3 8 1 )，并實(shí)現(xiàn)了低溫下比較強(qiáng)
的發(fā)光，相關(guān)技術(shù)申請(qǐng)了歐洲專利。稀土材料單獨(dú)作為離子形式存在時(shí)， 一般而、，它們是不具有光學(xué)活性的，它們只有在與其它元素離子形成配a物的+主 l冃況下，稀土離子才有可能作為發(fā)光中心存在。因此，稀土離子注入制備發(fā)光材料時(shí)一般都需要同時(shí)注入別的摻雜元素離子以期經(jīng)過(guò)高溫退火后與注入的稀土離子形成復(fù)合的發(fā)光中心，這加長(zhǎng)了材料制備的周期，因而增加了材料制備的成本c發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明專利的巨的是提供一種稀土復(fù)合離子注入制備發(fā)光材料的方法其核心是在離子注入進(jìn)行稀土離子摻雜時(shí)利用稀土復(fù)合離子同步注入摻入其它雜質(zhì)離子無(wú)須低溫、多次注入，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好，工藝簡(jiǎn)單 來(lái)iL，容易實(shí)現(xiàn)，適用于制備各種稀土摻雜固態(tài)發(fā)光材付本實(shí)用新型—種稀土復(fù)合離子注入制備發(fā)光材料的方法，其特征在于，其中包括如下步驟步驟1取—襯底步驟2:在該襯底上注入稀土離子的復(fù)合離子；步驟3 退火兀成發(fā)光材料的制備。 其中該襯底為體材料或體材料上的薄膜或量子異質(zhì)結(jié)構(gòu)中該量子異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括量子阱、量子線、量子點(diǎn)-中至少一種。其中該襯底為半導(dǎo)體材料或?yàn)榻^緣體材料。其中稀土離子包括所有1 6種稀土材料，它們是釔、鑭、鈽、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥或它們的組合。其中復(fù)合離子中除稀土離子之外的雜質(zhì)離子包括氮、氧、氟、磷、硫、氯或它們的組合。其中復(fù)合離子注入時(shí)，復(fù)合離子的表示式為(RExRy) m + /-，其中RE代表稀土 ， R代表其它元素，包括氮、氧、氟.、磷、硫、氯或它們的組合，y可分別取為1，1.5 ，2，25 ，,3 ， m可取為1，2，3，4，5其中離子注入時(shí)，離子源采用稀土化合物起弧或采用稀土單質(zhì)在相應(yīng)的包含有雜質(zhì)離子的其他化合物中起弧其中離子注入時(shí)的溫度設(shè)定為零下2 0 0°C到800°C之間任息溫度其中所述的退火的溫度為2 0 0 。C至U 1 000°C之間任思溫度


為進(jìn) 一 步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)例及附圖對(duì)本發(fā)明作 一 詳細(xì)的描述，其中圖1是稀土復(fù)合離子注入的示意圖；圖2是常溫下采用稀土復(fù)合離子源ErF 1 +和ErF2 +注入到單晶硅中經(jīng)在惰性氣氛下退火后測(cè)得的低溫光致發(fā)光譜3是常溫下采用稀土復(fù)合離子源PrF2+注入到單曰 曰曰硅中經(jīng)在惰性氣氛下退火后測(cè)得的低溫光致發(fā)光譜4是液氮溫度(7 7 K)下采用稀土復(fù)合離子源PrF 2 +注入到單晶硅中經(jīng)在惰性氣氛下退火后測(cè)得的低溫光致發(fā)光譜圖；圖5是常溫下采用稀土金屬鉺單質(zhì)在氟化硼氣氛下起弧將ErF2+注入到單晶硅中經(jīng)在惰性氣氛下退火后測(cè)得的低溫光致發(fā)光譜圖；具體實(shí)施方式
本發(fā)明其核心是在離子注入進(jìn)行稀土離子摻雜時(shí)利用復(fù)合離子同步注入摻入其它雜質(zhì)離子，無(wú)須低溫、多次注入，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好，工藝簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，適 用于制備各種稀土摻雜發(fā)光材料。請(qǐng)參閱圖l所示，本發(fā)明一種稀土復(fù)合離子注入 制備發(fā)光材料的方法，其中包括如下步驟-步驟1 :取 一 襯底，該襯底為體材料或體材料上 的薄膜或量子異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該量子異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括量子阱、 量子線、量子點(diǎn)中至少一種，該襯底為半導(dǎo)體材料或 為絕緣體材料 ，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、銩、鐿、镥或它們的組合；其中復(fù)合離子中除稀土離子之外的雜質(zhì)離子包括 氮、氧、氟、磷、硫、氯或它們的組合；其中復(fù)合離子注入時(shí)，復(fù)合離子的表示式為 (RExRy) m + /-，其中RE代表稀土 ， R代表其它元素， 包括氮、氧、氟、磷、硫、氯或它們的組合，x，y可 分別取為l，1.5，2，2.5，3， m可取為l， 2, 3,4,5其中離子注入時(shí)，離子源采用稀土化合物起弧， 或采用稀土單質(zhì)在相應(yīng)的包含有雜質(zhì)離子的其他化合 物中起??；其中離子注入時(shí)的溫度設(shè)定為零下2 0 0 'C到80 0 °c之間任意溫度；步驟2:在該襯底上注入稀土離子的復(fù)合離子； 步驟3 :退火，所述的退火的溫度為2 0 0 'C到1 0 0 0 °C之間任意溫度，完成發(fā)光材料的制備。請(qǐng)參閱圖2，圖2是常溫下采用稀土復(fù)合離子源 ErF 1 +和ErF 2 +注入到單晶硅中經(jīng)在惰性氣氛下9 0 0 °C保持2分鐘退火后測(cè)得的低溫光致發(fā)光譜，注入 參數(shù)為注入能量為4 5 0 keV，劑量為2 . 5 x 1 0 1 4 /cm 2 ，激發(fā)光源采用氬離子激光器，光源波長(zhǎng)為48 8納米，激發(fā)功率為6 0毫瓦，斬波器頻率為2 7 3赫茲；圖3是常溫下采甩稀土復(fù)合離子源PrF 2 +注入到單晶硅中經(jīng)在惰性氣氛下6 2 0 °C保持1小時(shí)退火后測(cè)得的低溫光致發(fā)光譜，注入?yún)?shù)為注入能量為450 keV，齊!j量為2.5x1 0 1 4/cm2，激發(fā)光源采用氣離子激光器，光源波長(zhǎng)為4 8 8納米，激發(fā)功率為60毫瓦，斬波器頻率為2 7 3赫茲；圖4是液氮溫度(7 7K)下采用稀土復(fù)合離子源PrF 2 +注入到單晶硅中經(jīng)在惰性氣氛下6 2 0 。C保持1小時(shí)退火后測(cè)得的低溫光致發(fā)光譜，注入?yún)?shù)為注入能量為4 5 0 keV,齊U量為2 . 5 x 1 0 1 4 /cm 2 ,激 發(fā)光源采用氬離子激光器，光源波長(zhǎng)為488納米， 激發(fā)功率為6 0毫瓦，斬波器頻率為2 7 3赫茲；圖5是常溫下采用稀土金屬鉺單質(zhì)在BF3氣氛下 起弧將ErF 2 +注入到單晶硅中經(jīng)在惰性氣氛下9 0 0 °C保持2分鐘退火后測(cè)得的低溫光致發(fā)光譜，注入?yún)?數(shù)為注入能量為4 5 0 keV，齊U量為2 . 5 x 1 0 1 4 /cm2，激發(fā)光源采用氬離子激光器，光源波長(zhǎng)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°
權(quán)利要求
1、一種稀土復(fù)合離子注入制備發(fā)光材料的方法，其特征在于，其中包括如下步驟步驟1取一襯底；步驟2在該襯底上注入稀土離子的復(fù)合離子；步驟3退火，完成發(fā)光材料的制備。
2 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一 種稀土復(fù)合離子注 入制備發(fā)光材料的方法，其特征在于，其中該襯底為 體材料或體材料上的薄膜或量子異質(zhì)結(jié)構(gòu)。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種稀土復(fù)合離子注入制備發(fā)光材料的方法，其特征在于，其中該量子異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括量子阱、雖子線、量子點(diǎn)中至少-一種'4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的 一 種稀土復(fù)合離子注入制備發(fā)光材料的方法，其特征在于，其中該襯底為半導(dǎo)體材料或?yàn)榻^緣體材料。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一 種稀土復(fù)合離子注入制備發(fā)光材料的方法，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、鈽、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥或它們的組合。 6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土復(fù)合離子注入制備發(fā)光材料的方法，其特征在于，其中復(fù)合離子中除稀土離子之外的雜質(zhì)離子包括氮、氧、氟、磷、硫、風(fēng)或它們的組合。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種稀土復(fù)合離子注入制備發(fā)光材料的方法，其特征在于，其中智厶蠻 夏 n 閨子注入時(shí)，復(fù)合離子的表示式為(RExRy) m + /--,其中RE代表稀土，R代表其它元素，包括氮、氧、氟、p 、硫、飄或它們的組合，x， y可分別取為1 ，1 5 ， 2 ， 2 .5，3 ，可取為l，2，3， 4， 5。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一 種稀土復(fù)合離子注入制備發(fā)光材料的方法，其特征在于，其中離子注入時(shí)，離子源采用稀土化合物起弧，或采用稀土單質(zhì)在相應(yīng)的包含有雜質(zhì)離子的其他化合物中起弧,9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一 種稀土復(fù)合離子注入制備發(fā)光材料的方法，其特征在于，其中離子注入時(shí)的溫度設(shè)定為零下2 0 0 °C至IJ 8 0 0 °C之間任意溫度10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一 種稀土復(fù)合離子注入制備發(fā)光材料的方法，其特征在于，其中所述的退火的溫度為2 0 0 °C至lj 1 0 0 0 °C之間任意溫度c
全文摘要
本發(fā)明一種稀土復(fù)合離子注入制備發(fā)光材料的方法，其特征在于，其中包括如下步驟步驟1取一襯底；步驟2在該襯底上注入稀土離子的復(fù)合離子；步驟3退火，完成發(fā)光材料的制備。其核心是在離子注入進(jìn)行稀土離子摻雜時(shí)利用稀土復(fù)合離子同步注入摻入其它雜質(zhì)離子，無(wú)須低溫、多次注入，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好，工藝簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，適用于制備各種稀土摻雜固態(tài)發(fā)光材料。
文檔編號(hào)C09K11/77GK101153217SQ20061014064
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者余金中, 張建國(guó), 成步文, 王啟明, 王曉欣 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所