[發明專利]紅外探測器光陷阱結構的制備方法

有效

• 申請號: 201711153124.3
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN109802004B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 郭春妍;魏思航;蔣洞微;王國偉;徐應強;汪韜;牛智川
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/109
• 分類號: H01L31/109;H01L31/0352;H01L31/18;H01L31/0236
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明公開了一種紅外探測器光陷阱結構的制備方法，通過干濕法刻蝕與腐蝕工藝結合，實現電子束曝光膠層、金屬掩膜以及SiO₂掩膜等多層掩膜之間的圖形相互轉移，最終將光陷阱結構較高精度地轉移至紅外材料層。本發明提供的方法可以在紅外探測器上實現小尺寸光陷阱結構的制備。通過本發明提供的方法制備的紅外探測器光陷阱結構可以增加紅外探測器材料對光的吸收，實現紅外探測器對可見光及紅外光的探測，提高了寬譜探測器的響應度、量子效應以及探測率。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種用于可見光拓展的寬光譜紅外探測器的光陷阱結構的制備方法。

背景技術

可見光拓展的紅外探測器在仿生技術、傳感器、彩色成像等領域具有廣泛應用而備受關注。目前，實現寬光譜探測器的方式主要有設計可延伸到可見光的紅外增透膜，另一種方法是在探測器上設計納米線。此外，紅外探測器材料中的量子阱、量子點結構也用于增強光吸收而實現可見光到紅外波段的探測。光陷阱(photon traps，PTs)結構作為一種光子晶體，在紅外探測器吸收區制作此結構，可有效增強探測器對光的吸收，提高探測器光學、電學性能，而用于寬光譜紅外探測器的制備中。常規的紅外探測器只能響應某一特定波段的紅外光譜，一定幾何尺寸光陷阱結構的加入，可使紅外探測器響應波長拓寬到可見光范圍。但在制備帶有光陷阱結構的寬譜紅外探測器時，微納米尺寸的光陷阱結構難以實現精確轉移。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的在于，提供一種紅外探測器光陷阱結構的制備方法，以解決上述至少一項技術問題。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提出一種紅外探測器光陷阱結構的制備方法，包括步驟：

取一紅外材料層(10)；

在所述紅外材料層(10)上沉積一層SiO₂掩膜(20)；

在所述SiO₂掩膜(20)上沉積一層金屬掩膜(30)；

在所述金屬掩膜(30)上沉積一層電子束曝光膠層(40)；

電子束曝光、顯影后，在電子束曝光膠層(40)上形成一級光陷阱結構(G)，其高度為電子束曝光膠層(40)的膠厚；

采用強酸溶液對金屬掩膜(30)進行濕法腐蝕，得到二級光陷阱結構(M)，厚度為金屬掩膜(30)的厚度；

采用丙酮溶液進行水浴，去除殘余電子束曝光膠層(40)；

采用氫氟酸和氟化銨的混合溶液對SiO₂掩膜(20)進行化學濕法腐蝕，得到三級光陷阱結構(S)，厚度為SiO₂掩膜(20)的厚度；

采用強酸溶液進行濕法腐蝕，去除殘余的金屬掩膜(30)；

采用電感耦合等離子體法刻蝕紅外材料層(10)，刻蝕深度為紅外材料層(10)的上接觸區到吸收區厚度之和，得到終級光陷阱結構(R)；所述紅外材料層(10)為短波、中波、長波、甚長波紅外材料；

所述SiO₂掩膜(20)的厚度為所述紅外材料層(10)的上接觸區到吸收區各層厚度之和的1/4～1/5；所述金屬掩膜(30)的厚度為50～70nm；所述電子束曝光膠層(40)的厚度為20-200nm。

在進一步的實施方案中，所述SiO₂掩膜(20)通過等離子體增強化學汽相沉積法在紅外材料層(10)表面均勻沉積。

在進一步的實施方案中，所述金屬掩膜(30)的沉積過程為：單質金屬通過磁控濺射或電子束蒸發等方法在SiO₂掩膜(20)表面進行沉積。