氮化镓和石墨烯混合集成光电芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓和石墨烯混合集成光电芯片及其制备方法，该光电芯片包括芯片主体和覆盖在芯片主体上的钝化层；芯片主体包括衬底，第一线圈金属层、肖特基二极管、发光二极管、电容下电极金属层、底金属层、肖特基接触金属层均设置在衬底上；肖特基接触金属层延伸至肖特基二极管上表面；电容下电极金属层延伸至肖特基二极管表面；电容下电极金属层与电容上电极金属层之间设置第一介质隔离层；电容上电极金属层延伸至发光二极管上表面；底金属层延伸至发光二极管的上表面；衬底上的底金属层上设置第二介质隔离层；第二线圈金属层设置在第二介质隔离层上，并与底金属层连接；第一线圈金属层、电容上电极金属层、底金属层、第二线圈金属层上均设置石墨烯层。圈金属层上均设置石墨烯层。圈金属层上均设置石墨烯层。

【技术实现步骤摘要】
氮化镓和石墨烯混合集成光电芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电芯片领域，具体涉及一种氮化镓和石墨烯混合集成光电芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]光遗传学最早通过光纤耦合激光光源为体内或体外活体提供光刺激，但由于光纤有线连接对动物行为的约束限制，以及群体性实验中光纤会缠绕、打结的问题。神经科学家们一直致力于开发新型的采用无线能量传输方式供电的光电装置和器件，以LED(发光二极管)直接作为光源或者LED耦合光纤或波导的方式是光遗传学的主要选择。LED便宜、寿命长。相比激光器，成本低得多，散射角也更大。且LED的发光波长可以从红外到紫外覆盖整个可见光波段，神经科学家们总能找到合适他们的那款。更重要的是，LED能实现ms级脉冲开关，适合于快速的神经反应。但是目前大部分神经科学家由于使用的仍然是商用的LED，比单个神经元大不少，可定制化程度低，想要实现单个神经元的光刺激难度大，形成光刺激阵列就更加困难了，限制了对神经回路的研究。
[0003]针对光源优化的同时，科学家们对供电电路和系统也进行了不断的优化，追求更小更轻的外接装置以减小对动物的负担，进一步的将整个光电器件全部植入体内，摆脱体外束缚的困扰。对于后者来说，就要求更小的器件面积。但是大部分目前用的体内植入器件都是由封装级、贴片式的商用电子元器件组成电路，最小尺寸受到器件大小的限制，因此更好的选择是制作更微型的集成芯片式电路，最小面积可达毫米级。但是大幅度缩小的面积会对片上电感、电容、二极管、电阻还有器件的散热等有更高的要求。
专利技术内容
[0004]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种氮化镓和石墨烯混合集成光电芯片及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题。
[0005]作为本专利技术的一个方面，本专利技术实施例提供了一种氮化镓和石墨烯混合集成光电芯片，包括：芯片主体和钝化层，上述钝化层覆盖在上述芯片主体上；其中，上述芯片主体包括衬底、第一线圈金属层、肖特基接触金属层、肖特基二极管、电容下电极金属层、第一介质隔离层、第二介质隔离层、电容上电极金属层、发光二极管、底金属层、第二线圈金属层、石墨烯层；上述第一线圈金属层、上述肖特基二极管、上述发光二极管均设置在上述衬底上；上述肖特基接触金属层设置在上述第一线圈金属层与上述肖特基二极管之间的上述衬底上，并延伸至上述肖特基二极管上表面，上述肖特基接触金属层与上述第一线圈金属层的末端连接；上述电容下电极金属层设置在上述衬底上，并延伸至上述肖特基二极管表面；在上述衬底上设置上述电容下电极金属层，上述电容下电极金属层上设置上述第一介质隔离层；上述电容上电极金属层设置在上述第一介质隔离层上，并延伸至上述发光二极管上表面；上述底金属层设置在衬底上，并延伸至上述发光二极管的上表面；在上述衬底上设置有上述底金属层上，上述底金属层上设置上述第二介质隔离层；上述第二介质隔离层上设置
上述第二线圈金属层，上述第二线圈金属层的末端与上述底金属层连接；上述第一线圈金属层、上述电容上电极金属层、上述底金属层、上述第二线圈金属层上均设置上述石墨烯层。
[0006]根据本专利技术实施例，上述钝化层的材料包括柔性材料层。
[0007]根据本专利技术实施例，上述柔性材料层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯层、聚酰亚胺层、聚对二甲苯层、聚氨酯层、聚二甲基硅氧烷层、共聚酯层、嵌段共聚物层、光刻胶层中的一种或多种。
[0008]根据本专利技术实施例，上述衬底包括硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底中的一种或多种。
[0009]根据本专利技术实施例，上述介质隔离层的材料包括Ta2O5、Si3N4、SiO2、TiO2、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。
[0010]根据本专利技术实施例，上述肖特基接触金属层的材料包括Al、Ni、Au、Pt、Ir、Mo、Pd、Ti、W中的一种或多种。
[0011]根据本专利技术实施例，上述第一线圈金属层的材料、上述第二线圈金属层的材料均包括Cu，Al，Pt，Au，Cr，Ti，Ni中的一种或多种。
[0012]根据本专利技术实施例，上述石墨烯层包括至少一层石墨烯。
[0013]根据本专利技术实施例，上述芯片主体的面积包括4～16mm2。
[0014]作为本专利技术的另一个方面，本专利技术实施例还提供了一种制备上述光电芯片的方法，包括：
[0015]提供一衬底；在上述衬底上定义第一区域、第二区域、第三区域、第四区域、第五区域；在上述第二区域的上述衬底上制作肖特基二极管，在上述第四区域的衬底上制作发光二极管；在上述第一区域与上述第二区域之间的上述衬底上和上述肖特基二极管上制作肖特基接触金属层，使上述肖特基接触金属层与上述肖特基二极管形成肖特基接触；在上述肖特基二极管上、上述第三区域的上述衬底上制作电容下电极金属层；在上述发光二极管上、上述第五区域的上述衬底上制作底金属层；在上述电容下电极金属层上、在上述第三区域与上述第四区域之间的上述衬底上制作第一介质隔离层；在上述第五区域的上述底金属层上制作第二介质隔离层；在上述第一介质隔离层上、上述第三区域与上述第四区域之间的上述衬底上、上述发光二极管上制作电容上电极金属层；在上述第一区域的上述衬底上制作第一线圈金属层，上述第一线圈金属层的末端与上述肖特基二极管形成金属层连接；在上述第二介质隔离层上制作第二线圈金属层，上述第二线圈金属层的末端与上述底金属层形成金属层连接；在上述第一线圈金属层上、上述电容上电极金属层上、上述底金属层上、上述第二线圈金属层上制作石墨烯层，得到芯片主体；在上述芯片主体上制作钝化层，得到光电芯片。
[0016]本专利技术实施例涉及的光电芯片，由于肖特基二极管、发光二极管等器件都是通过金属层实现电连接，可以有效缩小光电芯片的尺寸。同时，在线圈金属层上设置石墨烯层，能大幅度减小线圈电阻，减少电阻损耗，增强线圈电磁转换性能；在电容上电极金属层、底金属层上设置石墨烯层，能减小底金属层的电阻，减小底金属层和发光二极管、介质隔离层接触的欧姆接触电阻，增强发光二极管的散热性能，并改善电容的高频性能。
附图说明
[0017]图1示意性地示出了本专利技术实施例中光电芯片的剖面结构示意图；
[0018]图2示意性的示出了本专利技术实施例中光电芯片的制备工艺流程图。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0020]本专利技术实施例提供了一种氮化镓和石墨烯混合集成光电芯片，包括：芯片主体和钝化层，上述钝化层覆盖在上述芯片主体上；其中，上述芯片主体包括衬底、第一线圈金属层、肖特基接触金属层、肖特基二极管、电容下电极金属层、第一介质隔离层、第二介质隔离层、电容上电极金属层、发光二极管、底金属层、第二线圈金属层、石墨烯层；上述第一线圈金属层、上述肖特基二极管、上述发光二极管均设置在上述衬底上；上述肖特基接触金属层设置在上述第一线圈金属层与上述肖特基二极管之间的上述衬底上，并延伸至上述肖特基二极管上表面，上述肖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓和石墨烯混合集成光电芯片，包括：芯片主体和钝化层，所述钝化层覆盖在所述芯片主体上；其中，所述芯片主体包括衬底、第一线圈金属层、肖特基接触金属层、肖特基二极管、电容下电极金属层、第一介质隔离层、第二介质隔离层、电容上电极金属层、发光二极管、底金属层、第二线圈金属层、石墨烯层；所述第一线圈金属层、所述肖特基二极管、所述发光二极管均设置在所述衬底上；所述肖特基接触金属层设置在所述第一线圈金属层与所述肖特基二极管之间的所述衬底上，并延伸至所述肖特基二极管上表面，所述肖特基接触金属层与所述第一线圈金属层的末端连接；所述电容下电极金属层设置在所述衬底上，并延伸至所述肖特基二极管表面；在所述衬底上设置所述电容下电极金属层，所述电容下电极金属层上设置所述第一介质隔离层；所述电容上电极金属层设置在所述第一介质隔离层上，并延伸至所述发光二极管上表面；所述底金属层设置在衬底上，并延伸至所述发光二极管的上表面；在上述衬底上设置有上述底金属层上，所述底金属层上设置所述第二介质隔离层；所述第二介质隔离层上设置所述第二线圈金属层，所述第二线圈金属层的末端与所述底金属层连接；所述第一线圈金属层、所述电容上电极金属层、所述底金属层、所述第二线圈金属层上均设置所述石墨烯层。2.根据权利要求1所述的光电芯片，其中，所述钝化层的材料包括柔性材料层。3.根据权利要求2所述的光电芯片，其中，所述柔性材料层包括聚对苯二甲酸乙二醇酯层、聚酰亚胺层、聚对二甲苯层、聚氨酯层、聚二甲基硅氧烷层、共聚酯层、嵌段共聚物层、光刻胶层中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的光电芯片，其中，所述衬底包括硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的光电芯片，其中，所述介质隔离层的材料包括Ta2O5、Si3N4、SiO2、TiO2、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊晓燕，林辰，詹腾，刘志强，王军喜，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：