[發明專利]一種叉指埋柵型石墨烯光電混頻器芯片及制備方法

有效

• 申請號: 202010533298.8
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111739951B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 顧曉文;曹正義;吳云;孔月嬋
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/028;H01L31/18;H01L27/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種叉指埋柵型石墨烯光電混頻器芯片，包括石墨烯薄膜(2)、叉指埋柵電極(3)、漏電極(4)和源電極(5)；所述石墨烯薄膜(2)位于叉指埋柵電極(3)的上層，中間為柵介質層以及BCB層；所述漏電極(4)和源電極(5)位于石墨烯薄膜(2)上層；所述源電極(5)、叉指埋柵電極(3)、漏電極(4)交錯排布；其中叉指埋柵電極(3)為微波本振信號輸入口，光載射頻信號通過光纖直接照射到石墨烯薄膜(2)區域，由石墨烯吸收并進行光電轉換，混頻后的信號由漏電極(4)輸出，其特征在于，所述的叉指埋柵電極(3)的指數大于等于6指，對應的源電極(5)指數大于等于4指，漏電極(4)大于等于3指。

2.根據權利要求1所述的叉指埋柵型石墨烯光電混頻器芯片，其特征在于，芯片的襯底材料為硅基氧化硅材料。

3.一種如權利要求1～2任意一項所述叉指埋柵型石墨烯光電混頻器芯片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)在單晶高阻硅襯底材料上生長氧化硅介質；

2)采用電子束光刻顯影技術制備出叉指柵槽的電子束膠掩膜圖形，以電子束膠為掩膜采用感應耦合等離子體刻蝕出氧化硅柵槽；

3)在柵槽刻蝕的基礎上，采用電子束蒸發和剝離工藝制備柵金屬電極；

4)生長一層高k絕緣材料作為柵介質，并采用涂覆工藝在柵介質表面涂覆一層BCB薄膜并固化；

5)采用濕法金轉移工藝轉移石墨烯薄膜到材料芯片表面，烘干后依次用丙酮、乙醇進行浸泡清洗，并采用烘箱烘烤；

6)采用平面光刻顯影技術制備出石墨烯圖形的光刻膠掩膜，再濕法腐蝕金并氧化完成石墨烯的圖形化；

7)采用平面光刻顯影技術制備出源漏電極圖形，采用電子束蒸發和剝離工藝制備出源漏電極；

8)采用電子束光刻顯影技術制備出叉指柵上方石墨烯的電子束膠掩膜圖形，再腐金使得柵金屬上方的石墨烯裸露出來；

9)清洗芯片，并烘干完成芯片的制備。

4.根據權利要求3所述的叉指埋柵型石墨烯光電混頻器芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟1)采用熱氧化法生長厚度大于500納米的氧化硅介質。

5.根據權利要求3所述的叉指埋柵型石墨烯光電混頻器芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟2)電子束光刻顯影技術采用UV 135-0.9、ZEP 520A、PMMA A11或者AR-P 6200電子束正膠；

刻蝕采用的氣體為三氟甲烷和氬氣的混合氣體，刻蝕深度為420納米。

6.根據權利要求3所述的叉指埋柵型石墨烯光電混頻器芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟3)柵電極金屬為20納米鈦和400納米金。

7.根據權利要求3所述的叉指埋柵型石墨烯光電混頻器芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟4)采用原子層沉積生長氧化鋁或者氧化鉿作為柵介質，厚度6-20納米；BCB薄膜的厚度小于5納米。

8.根據權利要求3所述的叉指埋柵型石墨烯光電混頻器芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟5)烘箱烘烤溫度為90攝氏度，時間大于8小時。

9.根據權利要求3所述的叉指埋柵型石墨烯光電混頻器芯片的制備方法，其特征在于，所述步驟7)源漏電極金屬為20納米鈦和400納米金。