一种超晶格红外探测器表面钝化方法技术

本发明专利技术一种超晶格红外探测器表面钝化方法，步骤一：取已完成台面刻蚀而未经钝化的超晶格材料样品，清洗后将样品装入高真空腔室中，真空度高于10

【技术实现步骤摘要】
一种超晶格红外探测器表面钝化方法
本专利技术属于半导体材料与器件
，具体是一种超晶格红外探测器表面钝化方法，它可被应用于Ⅱ类超晶格红外探测器器件的表面钝化。
技术介绍
基于Ⅲ-Ⅴ族半导体InAs/GaSb的Ⅱ类超晶格材料是一种新型的红外探测器材料，相比于目前市场上的碲镉汞及超晶格探测器，具有1)通过改变超晶格结构可以大范围调节探测波长；2)俄歇复合几率较低，有利于提高工作温度；3)材料的红外吸收系数高，带间跃迁的光电效率高；4)超晶格结构的电子隧穿几率较低，从而降低了暗电流；5)制作大面阵器件的成本和难度较低等诸多优势，因此红外探测器在军用及民用领域的应用范围日益扩展，涵盖了战略预警、战场监视、大气监测、空间通讯、星载探测、安防监控、智能交通和医疗等领域。在制作超晶格红外探测器器件时，需要将生长好的超晶格外延片刻蚀成分立的台面，此时台面的侧壁成为了裸露在环境中的新的表面。二类超晶格材料由于有效禁带宽度很小(小于0.3eV，有的甚至小于0.03eV)，在材料的表面由于界面的存在能带将会弯曲，能带的弯曲很容易在窄禁带材料表面产生载流子的势阱，从而形成表面导电层；同时，InAs、GaSb两种材料都容易被氧化，并形成单质的半金属As和和金属Sb残留于台面侧面，使表面粗糙，引入表面态，增加表面非辐射复合，增加侧壁漏电，所以表面钝化工艺对Ⅱ类超晶格红外探测器的性能至关重要。另外需要注意的是，InAs/GaSb超晶格材料不能忍受高温的工艺过程，而目前常见的钝化层生长工艺中大于300℃的工艺温度会对超晶格结构造成损伤从而影响其性能，因此非常有必要开发一种低温的表面钝化工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超晶格红外探测器表面钝化方法,可有效提高台面侧向电阻率，从而抑制器件侧向漏电，提升探测器性能。本专利技术通过如下技术方案实现上述目的：一种超晶格红外探测器表面钝化方法，包括以下步骤：步骤一：取已完成台面刻蚀而未经钝化的超晶格材料样品，清洗后将样品装入高真空腔室中，真空度高于10-6Torr；步骤二：利用原子层刻蚀技术在0-150℃温度下对超晶格台面的表面及侧壁进行清理，以刻蚀并去除表面及侧壁上的氧化层以及前道工艺的残余污染物；步骤三：原子层刻蚀步骤结束后，在同一真空系统中利用原子层沉积技术在0-280℃温度下逐层沉积生长钝化层，以钝化超晶格台面的表面及侧壁。进一步的，所述超晶格材料为锑化物基Ⅱ类超晶格红外探测器材料。进一步的，所述步骤二中的原子层刻蚀是将样品暴露于含氯等离子体、含氩或含氖等离子体的交替脉冲中，以逐层刻蚀样品的表面和侧壁，交替脉冲的重复周期大于或等于1。进一步的，所述步骤三中的原子层沉积工艺生长的钝化层材料包括氧化铝、氧化硅、氮化硅或Ⅲ-Ⅴ族化合物，所述钝化层由单层、两层或多层所述钝化层材料堆叠而成，进一步的，所述钝化层总厚度为2-1000纳米。与现有技术相比，本专利技术超晶格红外探测器表面钝化方法的有益效果是：1)工艺全程都在同一个高真空系统中进行，中途不暴露大气，清理过后的材料表面不会再次被氧化或吸附水分；2)台面的表面和侧壁经过原子层刻蚀技术的清理，氧化层和杂质污染物被去除干净，保障了钝化层和超晶格之间的界面质量，可以得到较高的侧向电阻率，抑制器件侧向漏电，提升器件性能；3)原子层沉积技术生长钝化层时，采用的沉积温度较低，因此钝化工艺过程对超晶格结构无损伤；4)原子层沉积技术沉积的钝化层厚度均匀，元素配比精确，电阻率高，可实现大面阵器件的高质量钝化；5)原子层刻蚀和原子层沉积技术都是有自限制性的、各向同性和随形性的工艺过程，可以通过反应周期数来控制工艺厚度，并且刻蚀或生长不受台面形状或高度的影响，因此本钝化工艺易于控制、重复性高，可应用于各波段超晶格红外探测器器件的表面钝化。附图说明图1是经过钝化后的超晶格台面示意图。图2是83K下未钝化与已钝化器件的台面侧向电阻率对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明。本实施例展示了一种超晶格红外探测器表面钝化方法，为了表现本专利技术的钝化效果，本实施例的步骤包括：步骤一：取四个已完成台面刻蚀而未经钝化的超晶格材料样品，超晶格材料为锑化物基Ⅱ类超晶格红外探测器材料，包括而不限于InAs/GaSb超晶格、InAs/InAsSb超晶格等，样品是90％截止波长为12.3微米的长波红外探测器材料，台面形状为正方形，台面边长分别为75微米、150微米、270微米和400微米，将样品用丙酮清洗后装入高真空腔室中，真空度高于10-6Torr，优选为5×10-7Torr；步骤二：利用原子层刻蚀(AtomicLayerEtching,ALE)技术在0-150℃，优选为30℃下对超晶格台面的表面及侧壁进行清理，以刻蚀并去除表面及侧壁上的氧化层以及前道工艺的残余污染物，原子层刻蚀采用的是含氯等离子体和含氩等离子体的交替脉冲，交替脉冲的重复周期大于或等于1，优选为重复刻蚀5个周期，刻蚀厚度约为1纳米；步骤三：原子层刻蚀步骤结束后，立即在同一真空系统中采用原子层沉积(AtomicLayerDeposition,ALD)技术生长钝化层材料，钝化层材料包括氧化铝、氧化硅、氮化硅或Ⅲ-Ⅴ族化合物，钝化层可以由单一的上述材料组成，也可由两层或多层上述材料堆叠而成，钝化层总厚度为2-1000纳米。钝化层优选为氧化铝钝化层，沉积温度为0-280℃，优选为120℃，采用三甲基铝和水分子的交替脉冲进行沉积，沉积得到的氧化铝钝化层厚度为10纳米。作为对比，同时取另外四个与步骤一中尺寸相同的完成台面刻蚀但未经过表面钝化的超晶格材料样品待测。图1是经过钝化的超晶格器件示意图，其中P1表示超晶格台面，P2表示钝化层，P3表示超晶格所在的样品基底，P4和P5表示器件的一对电极。利用液氮作为冷却源，在83K温度下测得所有未钝化与已钝化样品的R0A值，然后如图2所示，将各样品的周长面积比P/A与R0A值的倒数作线性拟合，使用公式：即可得到未钝化与已钝化样品的ρSurface值，即台面侧向电阻率。对比可见，采用本专利技术钝化方法后，器件的台面侧向电阻率由10.5kΩ·cm提高到了137kΩ·cm，提高了一个数量级，同时超晶格材料的质量未见退化，这表明本专利技术钝化工艺有效抑制了器件的侧壁漏电，起到了良好的钝化作用。以上所述的仅是本专利技术的一种实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超晶格红外探测器表面钝化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：取已完成台面刻蚀而未经钝化的超晶格材料样品，清洗后将样品装入高真空腔室中，真空度高于10

【技术特征摘要】
1.一种超晶格红外探测器表面钝化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：取已完成台面刻蚀而未经钝化的超晶格材料样品，清洗后将样品装入高真空腔室中，真空度高于10-6Torr；步骤二：利用原子层刻蚀技术在0-150℃温度下对超晶格台面的表面及侧壁进行清理，以刻蚀并去除表面及侧壁上的氧化层以及前道工艺的残余污染物；步骤三：原子层刻蚀步骤结束后，在同一真空系统中利用原子层沉积技术在0-280℃温度下逐层沉积生长钝化层，以钝化超晶格台面的表面及侧壁。2.根据权利要求1所述的超晶格红外探测器表面钝化方法，其特征在于：所述超晶格材料为锑化物基Ⅱ类...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈意桥，陈超，陈晓杰，
申请(专利权)人：苏州焜原光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32