[发明专利]应用派瑞林N薄膜直接生长石墨烯的硅肖特基结探测器

说明书

本发明公开了应用派瑞林N薄膜直接生长石墨烯的硅肖特基结探测器，属于半导体光电子器件技术领域。其基本结构从下往上依次为：下金属电极、轻掺杂n型硅、二氧化硅绝缘层、石墨烯薄膜、上金属电极。应用派瑞林N直接生长石墨烯，生长原理简单，生长速度快，石墨烯无需转移，大幅度提升器件制备效率。制得的石墨烯与衬底接触良好，石墨烯薄膜均匀，污染少，因此所得到的探测器一致性好。适合于未来石墨烯—硅肖特基结探测器的大规模产业化制备。

技术领域

本发明涉及一种新型的硅肖特基结探测器的制备方式，属于半导体光电子器件技术领域。

背景技术

硅肖特基结探测器由于其制备工艺相对简单、成本低，因此是目前可见光、近红外光探测领域最常用的探测器之一。目前，市面上常见的硅肖特基结探测器多是利用金属与硅形成肖特基结，金属不透光的特性导致入射光只能有很少一部分到达肖特基结的界面，因此探测器的探测率和响应度势必会受到影响。石墨烯是一种透明导电的材料，将其铺在硅表面可以与硅形成良好的肖特基结，同时，石墨烯的高透光度保证了能有更多的入射光到达肖特基结界面，是下一代硅肖特基结探测器的发展方向。但是目前报道的石墨烯—硅肖特基结探测器所采用的石墨烯几乎为化学气相沉积(CVD)法制备，石墨烯在使用过程中需要经过转移工艺将石墨烯从金属衬底转移到硅衬底上。转移工艺与目前半导体工艺不兼容，费时费力，同时，在转移过程中石墨烯不可避免的会引入掺杂和破损，因此，利用转移的石墨烯制备硅肖特基结探测器并不适用于未来大规模产业化。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效率的石墨烯—硅肖特基结探测器的制备方法。利用派瑞林N薄膜作为碳源在硅表面直接生长石墨烯来制备肖特基结探测器，器件制备过程中无需转移石墨烯，能够大幅度提高石墨烯—硅肖特基结探测器的制备效率。

本发明应用派瑞林N直接生长石墨烯的硅肖特基结探测器的基本结构，从下往上依次为：下金属电极101、轻掺杂n型硅102、二氧化硅绝缘层103、石墨烯薄膜104和上金属电极105。

本发明中利用派瑞林N作为碳源来在硅表面直接生长石墨烯。派瑞林是一系列有机物的统称，其常被用在生物、电子领域作为柔性衬底或者绝缘涂层，派瑞林N是派瑞林家族的一员，派瑞林N其化学式如图2所示，只含有碳氢两种元素，非常适宜用作石墨烯生长的碳源。其制备方法主要是气相沉积法，因此制备出的派瑞林薄膜相较一些有机物旋凃工艺更加均匀，派瑞林N薄膜厚度在100nm以上时即可实现无针孔。

本发明中在硅衬底表面沉积一层派瑞林薄膜106，利用氩等离子体对派瑞林N薄膜进行表面刻蚀，刻蚀过程中派瑞林N薄膜表面会发生交联反应，即派瑞林分子之间相互键合交联成网络结构的较稳定分子(体型分子)的反应。交联反应只发生在派瑞林薄膜表面一层较薄区域，交联后的派瑞林薄膜在较高温度下能保持稳定不会分解。之后，在高温(1100℃)下快速退火，表面发生交联的派瑞林N薄膜层107会在高温下发生石墨化转变石墨烯，交联层107以下的派瑞林N会在温度到达650℃以上后就分解汽化。

本发明中由于发生交联的区域只有派瑞林表面的薄薄一层，因此最终得到的石墨烯薄膜也非常薄，约3nm。并且，通过控制氩等离子体刻蚀功率，可以控制交联层的厚度，继而控制得到的石墨烯薄膜的厚度，实现石墨烯薄膜厚度的可控生长。

本发明中使氩等离子的作用是使派瑞林N薄膜表面发生交联，除了氩等离子体，其他气体的等离子体或者电子辐照也可以实现同样的效果。

本发明将派瑞林N薄膜作为碳源直接生长的石墨烯用于硅肖特基结探测器的制备。

本发明提供了一种高效率的石墨烯—硅肖特基结探测器的制备方法，

步骤1、如图3所示，将外延片清洗后，光刻后，用光刻胶做掩膜，在有300nm二氧化硅层的轻掺杂硅衬底上刻蚀出硅窗口102。刻蚀方法为湿法腐蚀或者干法刻蚀。

步骤2、如图4所示，在衬底表面利用气相沉积法沉积派瑞林N薄膜106，薄膜厚度大于等于100nm。