一种霍尔元件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种霍尔元件的制备方法，该方法包括如下步骤：在铜箔基底上旋涂一层光刻胶再覆盖掩膜版曝光显影，对基底进行刻蚀；将铜箔基底放入化学气相沉积反应室，通入甲烷和氢气形成石墨烯；石墨烯通过鼓泡法转移至Si衬底上形成有源区；在Si衬底和石墨烯表面整体生长一层钝化层；对钝化层开口后蒸镀金属，作为激励和输出电极。本发明专利技术通过对石墨烯生长的金属基底预处理可直接生成有源区形状，并在石墨烯转移至硅衬底后，通过优先钝化再开口蒸镀电极，避免了石墨烯接触相关有机溶剂而造成性能降低，大大提高了工艺良品率及器件性能；此外，该方法步骤简单，适用于工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种霍尔元件的制备方法
本专利技术涉及霍尔传感器
，具体涉及一种霍尔元件的制备方法。
技术介绍
霍尔元件是以霍尔效应为原理来探测磁场的半导体器件，又称之为霍尔传感器。霍尔元件除了作为高斯计探测磁场强度的功能以外，还可以在其他物理量例如力、速度、加速度等转化为电学参数进行检测，因此可以应用于电流电压传感器、无刷电机、车速检测等广泛的领域。传统的霍尔器件所使用的半导体材料包括Ge、Si、InSb、GaAs、InAs以及多层半导体异质结构量子阱材料等等，这些传统半导体材料有着不同的缺点，硅和锗的载流子迁移率较低，因此元件的灵敏度低，而InSb的迁移率很高但其热稳定性差，无法应用于较差环境中，同时三五族半导体所制作的器件由于晶格失配而无法使用Si衬底，这使得其不能应用于大规模集成而使其发展受到限制。石墨烯材料作为新一代材料，具备了高迁移率及热稳定性于一身的优良特性，在室温下达到200000cm2/V.s，远远高于常用的半导体材料，而且其厚度非常薄，其单层厚度只有0.3nm左右，该材料本身对磁场的屏蔽非常小，因此会大大提高霍尔元件的灵敏度。同时，它还可以在生长后转移至Si衬底上，因此其可实现大规模集成，为其广泛应用开辟了道路。但石墨烯优异的性能往往会在制作过程中受各种有机溶剂的影响，包括光刻胶、显影液等，而最终影响就是其各方面性能明显下降，例如接触电阻、载流子迁移率等。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种霍尔元件的制备方法，以解决现有技术中霍尔元件灵敏度不足或热稳定性差并且不易于集成，而新型石墨烯霍尔元件在制备过程中易受各种有机溶剂影响而造成接触电阻及载流子迁移率等性能下降的问题。本专利技术实施例提供了一种霍尔元件的制备方法，包括如下步骤：S1、在铜箔基底上旋涂一层光刻胶再覆盖掩膜版曝光显影，对所述铜箔基底进行刻蚀；S2、将所述铜箔基底放入化学气相沉积反应室，通入甲烷和氢气形成石墨烯；S3、通过鼓泡法将所述石墨烯转移至Si衬底上形成有源区；S4、在所述Si衬底和所述石墨烯表面整体生长一层钝化层；S5、对所述钝化层开口后蒸镀金属，以形成电流电压激励输入电极、电流电压激励输出电极以及第一霍尔电压输出电极、第二霍尔电压输出电极。可选地，所述铜箔基底上刻蚀出的形状为十字状。可选地，所述石墨烯为单层或多层石墨烯。可选地，所述Si衬底表面覆有SiO2层，所述Si衬底为绝缘衬底。可选地，所述钝化层的材料为SiO2或SiNx。本专利技术提供的技术方案，通过对铜箔基底的预处理以及对石墨烯优先覆盖钝化层，避免了传统工艺中光刻胶、显影液等化学物质对石墨烯的污染以及在制作器件过程中对石墨烯的形状处理而造成性能影响，保留了其优异的特性而制作出良好的器件，并且本专利技术所述的一种霍尔元件的制备方法，工艺简单，制备成本低，易实现大规模工业生产和集成；同时通过鼓泡法转移石墨烯，实现了金属衬底的重复利用，降低了生长成本。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1示出了本专利技术实施例中铜箔基底的一个具体示意的结构示意图；图2示出了本专利技术实施例中霍尔元件一个具体示意的俯视图；图3示出了本专利技术实施例中霍尔元件一个具体示意的正视图；图4示出了本专利技术实施例中霍尔元件的一个具体示意的立体图；附图标记：1-Si衬底、2-石墨烯、3-电流电压激励输入电极、4-电流电压激励输出电极、5-第一霍尔电压输出电极、6-第二霍尔电压输出电极、7-钝化层、8-铜箔基底。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。实施例本实施例提供一种霍尔元件的制备方法，包括以下步骤：S1、如图1所示，选择一块洁净的金属铜箔8对其进行预处理。首先将其旋涂一层光刻胶，然后使用十字形掩膜版对其进行光刻、显影，再使用刻蚀液(硫酸铜：盐酸：水＝1:5:5)刻蚀半小时后在铜箔基底8上形成若干十字。S2、将此处理后的铜箔基底8放入化学气相反应沉积室内，通入氩气对反应腔进行吹扫去除杂质气体，然后将反应腔升温至1015度；抽低气压保持1h对其进行退火处理；通入氢气和甲烷15min，甲烷在铜箔基底8表面分解后形成石墨烯2；降至常温后取出表面覆盖有石墨烯2的铜箔。S3、将石墨烯2上面旋涂一层PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作为保护和支撑层，将石墨烯2放入1mol/L的NaCl通过鼓泡法将石墨烯转移至Si衬底1上，最后通过丙酮把PMMA胶去除再放入烘箱中60℃烘20min使石墨烯2和Si衬底1结合。S4、如图2或图3所示，将表面转移了石墨烯的Si衬底1放入PECVD中生长一层二氧化硅钝化层7，然后通过光刻、显影。S5、如图4所示，使用离子轰击给钝化层开口，最后通过热蒸发蒸镀金属，形成霍尔元件的电流电压激励输入电极3、电流电压激励输出电极4以及第一霍尔电压输出电极5、第二霍尔电压输出电极6；退火后与石墨烯2形成接触，至此，霍尔元件制备完成。作为本实施例的一种可选实施方式，石墨烯2为单层或多层石墨烯。作为本实施例的另一种可选实施方式，Si衬底表面覆有SiO2层，其中，Si衬底为绝缘衬底。作为本实施例的另一种可选实施方式，钝化层7的材料为SiO2或SiNx。作为本专利技术的可变换实施例，上述步骤中所述霍尔元件的各元件的制备工艺不限于此，现有技术中的能达到相同效果的其他处理工艺，以及根据不同材料选择对应的处理工艺均能达到本专利技术的目的，属于本专利技术的保护范围。虽然结合附图描述了本专利技术的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种霍尔元件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在铜箔基底(8)上旋涂一层光刻胶再覆盖掩膜版曝光显影，对所述铜箔基底(8)进行刻蚀；S2、将所述铜箔基底(8)放入化学气相沉积反应室，通入甲烷和氢气形成石墨烯(2)；S3、通过鼓泡法将所述石墨烯(2)转移至Si衬底(1)上形成有源区；S4、在所述Si衬底(1)和所述石墨烯(2)表面整体生长一层钝化层(7)；S5、对所述钝化层(7)开口后蒸镀金属，以形成霍尔元件的电流电压激励输入电极(3)、电流电压激励输出电极(4)以及第一霍尔电压输出电极(5)、第二霍尔电压输出电极(6)。

【技术特征摘要】
1.一种霍尔元件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在铜箔基底(8)上旋涂一层光刻胶再覆盖掩膜版曝光显影，对所述铜箔基底(8)进行刻蚀；S2、将所述铜箔基底(8)放入化学气相沉积反应室，通入甲烷和氢气形成石墨烯(2)；S3、通过鼓泡法将所述石墨烯(2)转移至Si衬底(1)上形成有源区；S4、在所述Si衬底(1)和所述石墨烯(2)表面整体生长一层钝化层(7)；S5、对所述钝化层(7)开口后蒸镀金属，以形成霍尔元件的电流电压激励输入电极(3)、电流电压激励输出电极(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：何渊，胡双元，
申请(专利权)人：苏州矩阵光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32