[发明专利]一种通过光刻技术制备硒化铟光电探测器的方法

说明书

本发明涉及一种通过光刻技术制备硒化铟光电探测器的方法，由上至下依次包括硅衬底、氧化铝、硒化铟、氧化铝、源电极和漏电极。本发明可以比较简单的制备高性能、高稳定的硒化铟光电探测器，硒化铟场效应迁移率高达875cm²/Vs，其响应度高达2.4×10⁷A/W，比探测率为7.5×10¹²Jones。由于氧化铝的保护，器件在大气环境中可以稳定工作超过50天。通过适当的ICP刻蚀，可以有效降低接触电阻，从而提高器件的迁移率。氧化铝作为一种常见的封装材料，可以将本方法应用于其他的半导体材料中。

技术领域

本发明涉及一种通过光刻技术制备硒化铟光电探测器的方法，属于半导体工艺的技术领域。

背景技术

在过去的十年中，二维材料由于在电子和光电设备中的潜在应用而备受关注。目前，二维材料主要包括：石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷和III-VI族化合物。其中，硒化铟(InSe)是一种由铟原子和硒原子组成的III-VI族化合物。硒化铟拥有相对较小的电子有效质量(0.14m₀)，在室温和液氦温度下，电子迁移率分别可达到高达1000cm²/Vs和10000cm²/Vs。此外，随着材料的厚度从50nm减少到5nm，InSe的禁带宽度可以从1.25eV调节到1.54eV。这些优点使硒化铟不仅对电子设备而且对光电检测器都非常有前途。

但是，由于空气中存在的化学物质，例如氧气和水，硒化铟会遭受性能下降的困扰。硒化铟在空气中储存一个月后显示出光致发光(PL)强度显着降低约80％。同样，在空气中储存仅一周后，拉曼光谱中的特征振动模式消失了，这表明晶格结构可能会被水分子的氧化和吸附破坏。研究表明，硒空位会使得硒化铟具有与水和氧气反应的强烈倾向，从而导致深能级陷阱态和较差的稳定性。此外，类似于其他二维材料，硒化铟对光刻胶(PR)十分敏感，一般情况下很难完全去除所有光刻胶残留物，这些残留物会通过降低载流子迁移率和造成掺杂而降低器件的性能。光刻胶显影剂中的水可以进一步加速硒化铟的降解。因此，目前主流的制备方法都是通过掩膜版而非光刻法，通过避免接触光刻胶与缩短制备时间，可以得到高迁移率的硒化铟场效应晶体管；但是，掩膜版制造不能允许高精度的图案定义，通常器件的尺度都比较大，很难将硒化铟的厚度减少到10nm以下，而且使用掩膜版的方法很难将材料应用到工业化生产中。

中国专利文献CN107863402A提供了一种近红外光电探测器，包括：基底、依次设置在基底表面上的隔离层和光吸收层、以及设置在光吸收层相对的两端且分别与光吸收层接触的源极和漏极，源极和漏极之间形成的沟道结构暴露出部分光吸收层，光吸收层的材料包括β-InSe纳米薄片。所述光电探测器具有很高的近红外光响应度和环境稳定性。本发明还提供了一种近红外光电探测器的制备方法，包括：提供β-InSe单晶块，将β-InSe单晶块粘到胶带上，反复撕胶带10-20次，得到β-InSe纳米薄片，将β-InSe纳米薄片转移到隔离层上，形成光吸收层；在β-InSe纳米薄片上方以及未被β-InSe纳米薄片覆盖的隔离层上方旋涂光刻胶，经曝光和显影后，形成电极图案；沉积电极材料，随后采用有机溶剂剥离光刻胶，形成源极和漏极。但是，该专利申请中光刻胶直接与InSe接触制备的器件接触电阻很大，器件很难形成欧姆接触，导致器件迁移率很低，其响应率也会大大降低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种通过光刻技术制备硒化铟光电探测器的方法。

术语解释：

1、ALD，原子层沉积系统；

2、ICP,电感耦合反应离子刻蚀机；

3、SCCM，Standard Cubic Centimeter per Minute，表示每分钟标准毫升；

4、BOE,缓冲氧化物刻蚀液；

5、I_ds，源漏电流。

本发明的技术方案为：