[發明專利]一種通過光刻技術制備硒化銦光電探測器的方法

在審

• 申請號: 202110387852.0
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113066905A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 宋愛民;梁廣大;王一鳴
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/101;H01L21/027
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊樹云

本發明涉及一種通過光刻技術制備硒化銦光電探測器的方法，由上至下依次包括硅襯底、氧化鋁、硒化銦、氧化鋁、源電極和漏電極。本發明可以比較簡單的制備高性能、高穩定的硒化銦光電探測器，硒化銦場效應遷移率高達875cm²/Vs，其響應度高達2.4×10⁷A/W，比探測率為7.5×10¹²Jones。由于氧化鋁的保護，器件在大氣環境中可以穩定工作超過50天。通過適當的ICP刻蝕，可以有效降低接觸電阻，從而提高器件的遷移率。氧化鋁作為一種常見的封裝材料，可以將本方法應用于其他的半導體材料中。

技術領域

本發明涉及一種通過光刻技術制備硒化銦光電探測器的方法，屬于半導體工藝的技術領域。

背景技術

在過去的十年中，二維材料由于在電子和光電設備中的潛在應用而備受關注。目前，二維材料主要包括：石墨烯、過渡金屬硫化物、黑磷和III-VI族化合物。其中，硒化銦(InSe)是一種由銦原子和硒原子組成的III-VI族化合物。硒化銦擁有相對較小的電子有效質量(0.14m₀)，在室溫和液氦溫度下，電子遷移率分別可達到高達1000cm²/Vs和10000cm²/Vs。此外，隨著材料的厚度從50nm減少到5nm，InSe的禁帶寬度可以從1.25eV調節到1.54eV。這些優點使硒化銦不僅對電子設備而且對光電檢測器都非常有前途。

但是，由于空氣中存在的化學物質，例如氧氣和水，硒化銦會遭受性能下降的困擾。硒化銦在空氣中儲存一個月后顯示出光致發光(PL)強度顯著降低約80％。同樣，在空氣中儲存僅一周后，拉曼光譜中的特征振動模式消失了，這表明晶格結構可能會被水分子的氧化和吸附破壞。研究表明，硒空位會使得硒化銦具有與水和氧氣反應的強烈傾向，從而導致深能級陷阱態和較差的穩定性。此外，類似于其他二維材料，硒化銦對光刻膠(PR)十分敏感，一般情況下很難完全去除所有光刻膠殘留物，這些殘留物會通過降低載流子遷移率和造成摻雜而降低器件的性能。光刻膠顯影劑中的水可以進一步加速硒化銦的降解。因此，目前主流的制備方法都是通過掩膜版而非光刻法，通過避免接觸光刻膠與縮短制備時間，可以得到高遷移率的硒化銦場效應晶體管；但是，掩膜版制造不能允許高精度的圖案定義，通常器件的尺度都比較大，很難將硒化銦的厚度減少到10nm以下，而且使用掩膜版的方法很難將材料應用到工業化生產中。

中國專利文獻CN107863402A提供了一種近紅外光電探測器，包括：基底、依次設置在基底表面上的隔離層和光吸收層、以及設置在光吸收層相對的兩端且分別與光吸收層接觸的源極和漏極，源極和漏極之間形成的溝道結構暴露出部分光吸收層，光吸收層的材料包括β-InSe納米薄片。所述光電探測器具有很高的近紅外光響應度和環境穩定性。本發明還提供了一種近紅外光電探測器的制備方法，包括：提供β-InSe單晶塊，將β-InSe單晶塊粘到膠帶上，反復撕膠帶10-20次，得到β-InSe納米薄片，將β-InSe納米薄片轉移到隔離層上，形成光吸收層；在β-InSe納米薄片上方以及未被β-InSe納米薄片覆蓋的隔離層上方旋涂光刻膠，經曝光和顯影后，形成電極圖案；沉積電極材料，隨后采用有機溶劑剝離光刻膠，形成源極和漏極。但是，該專利申請中光刻膠直接與InSe接觸制備的器件接觸電阻很大，器件很難形成歐姆接觸，導致器件遷移率很低，其響應率也會大大降低。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種通過光刻技術制備硒化銦光電探測器的方法。

術語解釋：

1、ALD，原子層沉積系統；

2、ICP,電感耦合反應離子刻蝕機；

3、SCCM，Standard Cubic Centimeter per Minute，表示每分鐘標準毫升；

4、BOE,緩沖氧化物刻蝕液；

5、I_ds，源漏電流。

本發明的技術方案為：