[发明专利]一种二维材料光电子芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二维材料光电子芯片及其制备方法，制备方法包括：获取待镀膜的衬底晶元；在衬底晶元表面依次制备金属薄膜和氮化硅薄膜；在具备金属镀膜和氮化硅薄膜的晶圆表面，按照预设的芯片图案区域，生长二维材料；对二维材料按照预设形状进行激光切割；在中间样品表面进行原子层沉积，在二维材料表面沉积超薄介质薄膜，使超薄介质薄膜覆盖于中间样品表面；在超薄介质薄膜的表面制备金属薄膜电极；将目标样品与印刷电路板键合，得到二维材料光电子芯片。本申请提供的的方法采用原子层沉积(ALD)技术，在二维材料表面沉积超薄介质薄膜，形成的超薄介质薄膜能够保护内部的二维材料，使二维材料不因半导体加工工艺而破坏。

技术领域

本发明涉及光器件技术领域，特别涉及一种二维材料光电子芯片及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展和进步，人们对电子产品的性能、小型化、功耗提出更高的要求，但是随着硅基芯片制程工艺的线宽不断下探，当线宽低于10nm时，芯片会出现短沟道效应、栅极调控及漏电等不利因素。然而二维层状半导体材料可以避免这些影响因素，它的结构厚度是原子级，而且由于尺寸和量子效应，二维材料会有优异的电学、光学效应，由此制备的二维材料光电子芯片在电子迁移率、开关比及光电响应等方面有巨大的优势。

然而，因为二维材料的特殊性，芯片加工难度大、材料成本高等不利因素约束了二维材料的发展。二维材料光电子芯片使用互补金属氧化物半导体加工工艺(CMOS工艺)，该工艺中会有各类物理轰击和化学反应，在芯片加工中容易受到等离子体轰击、清洗溶剂冲击和六甲基二硅氮烷(HMDS)反应等影响，进而造成二维材料碎裂、氧化等不可恢复的破坏。

专利CN110042365A公开了一种在二维材料表面生长氧化铝的原子层沉积方法，包括以下步骤：在氧化硅衬底上剥离单层或多层的二维材料；将剥离的二维材料在高温下退火去除表面吸附；将剥离的或者直接生长的二维材料放入原子层沉积系统中进行若干个沉积循环生长氧化铝的沉积的原子层。这种在二维材料表面生长氧化铝的原子层沉积方法，能够通过物理吸附使氧化铝沉积在二维材料的表面，避免在二维材料的表面引入杂质和缺陷，从而保持了其本征特性。然而这种制备方法需要高温退火，步骤较为复杂，同时制备出的二维材料无法满足硅基元器件的特征尺寸低于10nm的应用领域的要求。

因此，找到一种能够加工二维材料光电子芯片方法，使其能够避免因半导体加工工艺而破坏质量，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的方案基于上述思路，提供了一种二维材料光电子芯片及其制备方法，采用原子层沉积(ALD)技术，在二维材料表面沉积超薄介质薄膜，形成的超薄介质薄膜保护内部的二维材料，让二维材料不因半导体加工工艺而破坏。

一方面，本发明提供一种二维材料光电子芯片的制备方法，包括如下步骤：

获取待镀膜的衬底晶元；

在衬底晶元表面依次制备金属薄膜和氮化硅薄膜，得到具备金属镀膜和氮化硅薄膜的晶圆；

在所述具备金属镀膜和氮化硅薄膜的晶圆表面，按照预设的芯片图案区域，生长二维材料；

对所述二维材料按照预设形状进行激光切割，得到第一中间样品；

对所述中间样品表面进行原子层沉积，在二维材料表面沉积超薄介质薄膜，使超薄介质薄膜覆盖于所述第一中间样品表面；

在所述超薄介质薄膜的表面制备金属薄膜电极，得到待键合的目标样品；

将所述目标样品与印刷电路板键合，得到二维材料光电子芯片。

进一步地，所述在衬底晶元表面依次制备金属薄膜和氮化硅薄膜，包括：

通过电子束蒸发法在衬底晶圆表面进行金属镀膜；

通过等离子体增强化学气相沉积法在所述金属镀膜表面制备氮化硅薄膜。