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實現(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—個重要的摻雜手段，它采用非平衡摻雜的原理可實現(xiàn)遠超過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程中，離子注入可以很好的滿足這方面的需求德國最早報道了釆用離子注入稀土金屬Er進入半導(dǎo)體材料單晶桂禾口石申化嫁中(美國Applied PhysicsLetters,1 9 8 3Vol 4 3page 9 4 3禾口 1985Vol 4 6page 3 8 1 )，并實現(xiàn)了低溫下比較強
的發(fā)光，相關(guān)技術(shù)申請了歐洲專利。稀土材料單獨作為離子形式存在時， 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)光材料時一般都需要同時注入別的摻雜元素離子以期經(jīng)過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行稀土離子摻雜時利用稀土復(fù)合離子同步注入摻入其它雜質(zhì)離子無須低溫、多次注入，實驗重復(fù)性好，工藝簡單 來iL，容易實現(xiàn)，適用于制備各種稀土摻雜固態(tài)發(fā)光材付本實用新型—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-中至少一種。其中該襯底為半導(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、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，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，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 一 步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實例及附圖對本發(fā)明作 一 詳細的描述，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得的低溫光致發(fā)光譜圖；具體實施方式
本發(fā)明其核心是在離子注入進行稀土離子摻雜時利用復(fù)合離子同步注入摻入其它雜質(zhì)離子，無須低溫、多次注入，實驗重復(fù)性好，工藝簡單，容易實現(xiàn)，適 用于制備各種稀土摻雜發(fā)光材料。請參閱圖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，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，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小時退火后測得的低溫光致發(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小時退火后測得的低溫光致發(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)體材料或為絕緣體材料。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，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，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行稀土離子摻雜時利用稀土復(fù)合離子同步注入摻入其它雜質(zhì)離子，無須低溫、多次注入，實驗重復(fù)性好，工藝簡單，容易實現(xiàn)，適用于制備各種稀土摻雜固態(tài)發(fā)光材料。
文檔編號C09K11/77GK101153217SQ20061014064
公開日2008年4月2日 申請日期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, 成步文, 王啟明, 王曉欣 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所