[发明专利]具有增强中红外光谱信号功能的硅基芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种具有增强中红外光谱信号功能的硅基芯片，其特征在于，包括硅衬底，所述硅衬底上依次设有Ge缓冲层、重掺杂Ge层，所述重掺杂Ge层上刻蚀有亚波长微结构阵列；

所述的亚波长微结构阵列为蝴蝶结型天线结构阵列，单个蝴蝶结型天线结构由两个顶角相对的等腰三棱柱结构组成；等腰三棱柱的高为0.6~1.4µm；等腰三棱柱顶面三角形的顶角为30~75°、高为1.3~2µm；两相对的等腰三棱柱结构的间隙为100~400nm；

蝴蝶结型天线结构在水平方向的周期为3.7~5.4µm，垂直方向的周期为2~3µm；所述的水平方向与两相对等腰三棱柱顶角连线平行。

2.根据权利要求1所述的具有增强中红外光谱信号功能的硅基芯片，其特征在于，所述的Ge缓冲层包括30~70nm的低温Ge层和500nm~1µm的高温Ge层，低温Ge层靠近硅衬底；

所述低温Ge层的生长温度为300~380℃，所述高温Ge层的生长温度为550~650℃。

3.根据权利要求1所述的具有增强中红外光谱信号功能的硅基芯片，其特征在于，所述的重掺杂Ge层的厚度1~2µm；掺杂源为锑或磷。

4.根据权利要求3所述的具有增强中红外光谱信号功能的硅基芯片，其特征在于，在所述的重掺杂Ge层中，掺杂源的掺杂浓度为10¹⁸cm^-3~10²⁰cm^-3。

5.一种根据权利要求1~4任一项所述的具有增强中红外光谱信号功能的硅基芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）采用RCA清洗法清洗硅片，干燥后进行预处理；

（2）采用分子束外延法或金属有机物化学气相沉积法，在预处理后的硅片上生长Ge缓冲层；

（3）在Ge缓冲层上生长重掺杂Ge层；

（4）采用电子束光刻和反应离子刻蚀在重掺杂Ge层上制备亚波长微结构阵列。

6.根据权利要求5所述的具有增强中红外光谱信号功能的硅基芯片的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的预处理包括：

（a）将硅片温度升高至200~400℃，以去除硅片表面的水分；

（b）将硅片温度升高至900~1000℃，以去除硅片表面的残留氧化物。

7.根据权利要求5所述的具有增强中红外光谱信号功能的硅基芯片的制备方法，其特征在于，步骤（4）包括如下步骤：

（4-1）在所述的重掺杂Ge层上涂覆光刻胶并在80~100℃下烘烤；

（4-2）采用电子束光刻设备在光刻胶上制造预设计的亚波长微结构阵列，显影；

（4-3）将光刻后的硅基芯片放入反应离子刻蚀机内，采用SF₆和C₄F₈为刻蚀气体；

（4-4）清洗掉光刻胶，即得具有增强中红外光谱信号功能的硅基芯片。