[发明专利]一种碲镉汞红外探测器件材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碲镉汞红外探测器件材料的制备方法，包括：1)提供半导体供体衬底，在半导体供体衬底上外延生长缓冲层，2)生长牺牲层，并在所述牺牲层上形成外延薄层；3)重复步骤2)至形成多个上述牺牲层与外延薄层；4)将受体衬底和最外一层的外延薄层进行键合，并使用离子注入在最上一层的牺牲层内形成缺陷层，并将键合结构剥离得到含有受体衬底的柔性基底，剥离键合结构后残留的部分为第一基底；5)去除第一基底表面的牺牲层，并对去除牺牲层后的第一基底重复采用步骤4)的方法逐层剥离外延薄层，得到多个含有外延薄层和受体基底的柔性基底和残余有牺牲层的供体衬底。本发明克服了现有技术制备碲镉汞红外探测器件材料时存在的缺陷。

技术领域

本发明属于碲镉汞红外探测技术应用领域，特别涉及一种供体衬底可重复利用，柔性衬底可大规模集成、省去减薄工艺的碲镉汞红外探测器件材料制备方法。

背景技术

红外探测作为一种高精尖技术在国防安全、航天航空、环境监测等领域具有重大应用。碲镉汞(MCT)红外焦平面阵列(FPAs)探测器是当今世界上最重要的军用红外成像技术，主要用于武器制导、探测和夜视。当前MCT FPAs探测器的主要发展方向是长波应用和大面阵。CdZnTe与MCT晶格失配度小且对中红外波段光吸收小，是MCT材料理想的外延衬底。然而，CdZnTe衬底昂贵且尺寸小(当前最大为36cm²)，加之MCT材料成品率低，导致MCT FPAs探测器制造成本高居不下，大面阵应用受限；其次，由于CdTe和CdZnTe衬底材料与Si基读出电路的热失配大，在工作温度下容易出现芯片解理失效的情况，因此需要将衬底减薄至数百微米以内。减薄工艺会给衬底背面带来表面损伤，减薄后的外延片容易发生形变且容易碎裂，从而会影响成品率。

尽管抛光工艺的引入和改进(参见Scientific Reports,2016,6:26891)能部分除去上述表面损伤层和残余应力，但是工艺程序复杂化，成本提升以及残余应力不能完全消除依然是不能回避的问题。与此同时，MCT及CdZnTe均有毒，大规模使用CdZnTe衬底会带来环境污染等问题。众多周知，Si衬底是半导体中最成熟、最便宜的材料，直径可达12英寸，由此人们也积极研究Si上MCT FPAs探测器的异质集成技术。然而，由于MCT材料与Si衬底的晶格失配度高达19％，在Si生外延生长MCT存在材料缺陷密度高、探测器性能恶化的现实问题，目前还不能满足实际应用的需求。

除了外延生长，异质集成工艺的另外一种方案是离子束剥离技术(请参见专利文献CN105957831A)。离子束剥离技术是将离子注入缺陷工程的切割技术和基于晶片键合的层转移技术结合起来，是异质集成常用的方法。此方法在单晶衬底上切割和转移薄层到相对便宜的异质衬底上，有一定的经济效益。对于离子束剥离技术而言，首先离子注入(氢离子或者氦离子)产生一个高斯分布，在一个特定的平行于表面位置处(注入离子密度最大处或者晶格伤害最大处)形成缺陷层，在后续退火工艺中被离子注入的晶片就会沿缺陷层裂开。然而，由于层裂过程引起的表面粗糙为后续工作带来很大的困扰，若将层裂层作为牺牲层，用刻蚀方法处理，也会加多工序甚至容易引入杂质粒子。柔性衬底是一直以来研究十分热门的话题。通常晶格失配的外延层在衬底表面形核生长，当外延层超过临界厚度时，会产生穿透位错贯穿到整个外延层。若采用柔性衬底材料，由于穿透位错产生时外延层厚度大于柔性衬底厚度，产生的穿透位错向柔性衬底内滑移，最后终止在柔性薄膜和外延层界面处形成界面位错，外延层内没有穿透位错，材料晶体质量大大提高。因硅是一种很好的导热材料，采用Si基柔性衬底也能缓解外延材料与衬底材料的热失配问题。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术制备碲镉汞红外探测器件材料存在的缺陷，提供一种新的制备碲镉汞红外探测器件材料的方法。

本发明提供的碲镉汞红外探测器件材料的制备方法，包括：

1)提供半导体供体衬底，在半导体供体衬底上外延生长缓冲层，

2)在所述缓冲层生长牺牲层，并在所述牺牲层上形成外延薄层；