一种晶圆级MXene光电探测器阵列的构筑方法技术

本发明专利技术涉及MXene基光电器件的研发与应用领域，具体为一种晶圆级MXene光电探测器阵列的构筑方法。本发明专利技术由组合优化的离心、旋涂、光刻和干法刻蚀四步对MXene薄膜晶圆级的图案化。阵列由碳纳米管晶体管和MXene光电探测器构成，碳纳米管晶体管包括衬底以及衬底上的源/漏电极、栅绝缘层、栅电极以及沟道，电极由Ti/Au复合层构成，绝缘层为氧化铝层，沟道为碳纳米管薄膜沟道。MXene基光电探测器包括硅衬底以及硅衬底上电极、半导体层、氧化层、透明导电薄膜构成，半导体层为n型硅，氧化层为SiO

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆级MXene光电探测器阵列的构筑方法


[0001]本专利技术涉及MXene基光电器件的研发与应用领域，具体为一种晶圆级MXene光电探测器阵列的构筑方法。

技术介绍

[0002]作为快速发展的过渡金属二维碳化物和氮化物家族，MXene已被公认为开发未来电子和光电子学的有前途的材料。对材料的图案化时电子与光电子领域最为重要的工艺之一[文献1
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2]。到目前为止，已报道的MXene薄膜的图案化缺乏足够的效率、分辨率和兼容性，导致器件集成和性能有限[文献3
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8]。在我们之前申请的专利中(公开号CN112768610A)，提出了一种同时具有高效率、分辨率和兼容性的MXene图案化方法，这里命名为MX组合图案化法(MXCP)。MXCP采用MXene离心、旋涂、光刻和干法蚀刻，分辨率高达2μm，比其它类似的图案化方法至少提高100倍，与主流半导体工艺高度兼容。这种MXene图案化为与主流半导体工艺兼容的大规模高性能MXene电子铺平了道路。
[0003]MXene薄膜具有透明导电特性，其面积大小和光电性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆级MXene光电探测器阵列的构筑方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过氧等离子体对晶圆进行亲水处理，处理工艺参数为：功率范围为180～220W，气流大小范围为160～200sccm，处理时长范围为4～6min；(2)MXene需要进行超声和离心处理，从而获得MXene悬浮液；(3)使用直径为4英寸的硅片作为基底，旋涂MXene悬浮液，获得晶圆级别的MXene材料薄膜；(4)MXene材料薄膜的图案化：具体方法为光刻结合干法刻蚀，光刻过程制备光刻胶掩模用于保护需要保留的MXene薄膜，刻蚀用于消除不需要保留的MXene薄膜；刻蚀具体参数为：功率20～25W，时间2～4min以及气压3.9～4.2Pa，MXene组合图案化法，完成晶圆级MXene薄膜的图案化及构筑MXene光电探测器；(5)采用一个晶体管加一个MXene光电探测器的结构作为像素单元，构筑1024像素集成的MXene基成像阵列。2.按照权利要求1所述的晶圆级MXene光电探测器阵列的构筑方法，其特征在于，步骤(2)中，MXene材料制备后需要进行超声和离心分离，超声时间为20～40min，离心时间为100～130min，离心速度为15000～18000rpm。3.按照权利要求1所述的晶圆级MXene光电探测器阵列的构筑方法，其特征在于，步骤(3)中，MXene材料悬浮液的浓度范围为2～40mg/ml，溶剂为水；旋涂时溶液需要均匀铺展在硅片上，得到晶圆级尺寸大小的MXene材料薄膜。4.按照权利要求1所述的晶圆级MXene光电探测器阵列的构筑方法，其特征在于，步骤(3)中，构筑晶圆级尺寸大小的薄膜使用的硅基底为单面抛光双面热氧化的基底，得到表面均匀的MXene材料薄膜，其厚度为10～20nm。5.按照权利要求1所述的晶圆级MXene光电探测器阵列的构筑方法，其特征在于，步骤(4)中，晶体管包括衬底以及衬底上依次设置的源/漏电极、栅绝缘层、栅电极以及沟道，源电极和漏电极为Ti层与Au层复合，即：先在硅衬底上蒸镀厚度范围为4～6nm的钛层，然后继续蒸镀厚度范围为40～60nm的金层；绝缘层为氧化铝层，沟道为碳纳米管薄膜沟道。6.按照权利要求1所述的晶圆级MXene光电探测器阵列的构筑方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘驰，李波，朱钱兵，崔聪，王晓辉，孙东明，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：