一种基于铁电半导体材料的光电响应突触器件制备方法技术

本发明专利技术属于半导体器件加工制造技术领域，具体为一种基于铁电半导体材料的光电响应突触器件制备方法，通过机械剥离制备二维α

【技术实现步骤摘要】
一种基于铁电半导体材料的光电响应突触器件制备方法


[0001]本专利技术属于半导体器件加工制造
，涉及突触器件的制备，具体为一种基于铁电半导体材料的光电响应突触器件制备方法。

技术介绍

[0002]目前，光电响应突触器件可应用于视觉识别、类脑模拟等领域。然而，传统的光电响应突触主要通过感光元器件将光信号转化为电信号，再将电信号传到突触器件，导致反应时间延长，能耗增加。此外，石墨烯具有优异的电子效应、热性能和光学效应，在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/(V
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S)，处于低温环境中甚至能达到室温的17倍，并且具有超宽的波长区间。然而，石墨烯的光敏性较差，在较宽波长范围内吸收率约为2.3%。

技术实现思路

[0003]基于上述研究，本专利技术目的是提供一种基于铁电半导体材料的光电响应突触器件制备方法，基于铁电半导体材料的光电性，直接将光信号作为输入信号，省去信号转化和传输时间；并且利用石墨烯的易吸附性将其与光敏材料α
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In2Se3结合，设计低功耗、低延时、结构简单和集感存算于一体的铁电半导体材料光电响应突触器件，可以解决传统光电响应突触器件功耗高、体积大及阴暗环境应用的难题。
[0004]本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种基于铁电半导体材料的光电响应突触器件制备方法，包括如下步骤：步骤S1、采用机械剥离法，利用胶带反复对粘后制备层状α
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In2Se3纳米片。
[0005]步骤S2、将重掺杂氧化硅片的基底做去氧化层处理。
[0006]步骤S3、在重掺杂氧化硅片的单面抛光侧表面制备金属对准标记。
[0007]步骤S4、采用磁控溅射工艺，在重掺杂氧化硅片的单面抛光侧表面制备金属电极。
[0008]步骤S5、采用湿法剥离工艺，将金属电极图形化。
[0009]步骤S6、将层状α
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In2Se3纳米片粘连到重掺杂氧化硅片的单面抛光侧表面电极对的极间缝隙处。
[0010]步骤S7、采用湿法转移工艺，使石墨烯覆盖于α
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In2Se3纳米片表面。
[0011]步骤S8、使用原子层沉积工艺，在表面生成Al2O3薄膜层，完成器件封装。
[0012]本专利技术所述的基于铁电半导体材料的光电响应突触器件制备方法，采用光刻工艺在实现基底去氧化处理的重掺杂氧化硅片的单面抛光侧表面进行对准标记制备，并完成金属电极的溅射，采用湿法剥离，将金属电极图形化，将制备好的层状α
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In2Se3纳米片转移到重掺杂氧化硅片的单面抛光侧表面电极对的极间缝隙处，采用湿法剥离工艺转移石墨烯覆盖于α
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In2Se3表面上层，最后使用原子层沉积工艺（ALD）在器件表面生成Al2O3薄膜层完成封装。
[0013]进一步优选的，步骤S1中，通过机械剥离法制得层状α
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In2Se3纳米片，具体为：将单晶块体α
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In2Se3粘附于胶带，再用干净胶带反复对粘5~8次，所得层状α
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In2Se3纳米片厚度
范围为10nm~20nm。
[0014]进一步优选的，步骤S2中，在重掺杂氧化硅片的基底进行去氧化层处理，具体为：先用500目砂纸进行初次打磨，之后用1000目砂纸进行二次打磨，使基底平整。
[0015]进一步优选的，步骤S3中，在重掺杂氧化硅片的单面抛光侧表面制备金属对准标记采用光刻工艺，涉及：前烘、曝光、显影、去底胶和坚膜一系列步骤；电极对的极间距离为20nm。
[0016]其中，前烘：热板100℃，将基底朝下置于热板上30s。曝光：利用光照将掩模版上的图形经过光学系统后投影到光刻胶上，实现图形转移。显影：置于显影液中，令正光刻胶的曝光区的光刻胶在显影液中溶解。去底胶：通过打胶机去除显影后多余光刻胶，令结构更加垂直。坚膜：热板120℃，将基底朝下置于热板上1min，使残留的光刻胶溶剂挥发，提高光刻胶与晶圆片表面的附着力和光刻胶的耐腐蚀性，同时去除剩余的显影剂和水。
[0017]进一步优选的，步骤S4中，磁控溅射沉积的金属薄膜为：Cr/Au薄膜；其中，Cr厚度为20nm、Au厚度为100nm。
[0018]进一步优选的，步骤S5中，湿法剥离使金属电极图形化，所用溶液为丙酮，所用掩膜层为光刻胶，光刻胶的厚度为2~3μm。
[0019]进一步优选的，步骤S6中，层状α
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In2Se3纳米片将重掺杂氧化硅片表面两电极连通，具体为：将重掺杂氧化硅片的单面抛光侧上电极对的极间缝隙对准制得层状α
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In2Se3纳米片中心进行贴合，并匀速撕开，完成层状α
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In2Se3纳米片的转移，令其覆盖于电极对上层，将两电极连通。
[0020]进一步优选的，步骤S7中，湿法转移石墨烯，具体为：石墨烯采用化学气相沉积法制得，先将PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）溶液旋涂于石墨烯表面，通过硫酸铜溶液腐蚀铜箔基底，随后利用载玻片将石墨烯捞出，最后用去离子水冲洗并将其晾干，将石墨烯转移到α
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In2Se3表面后，浸泡丙酮溶液去除PMMA。
[0021]进一步优选的，步骤S8中，Al2O3薄膜层厚度为30~31nm，薄膜表面最平整且电学性能良好。
[0022]本专利技术采用仿生器件结构设计和MEMS微纳加工工艺相结合，基于铁电半导体材料光电性能设计晶体管结构并实现突触器件制备。相较于已有突触器件，本专利技术提供的基于铁电半导体材料的光电响应突触器件，通过光刺激对载流子调节实现α
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In2Se3沟道层的电导控制，制得的器件具有低功耗、低延时、结构简单和感存算一体等优点。
[0023]本专利技术设计合理，系统研究铁电半导体材料光电性能的突触响应输出，面向二维材料自身铁电性与光电性结合这一热点进行研究，对低功耗、低延时、“感存算”一体突触器件的研制和推广具有重要科学意义和应用价值。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0025]图1表示本专利技术中基于铁电半导体材料的光电响应突触器件制备方法流程图。
[0026]图2表示本专利技术中磁控溅射薄膜沉积和湿法剥离示意图。
[0027]图3表示本专利技术中突触器件功能层结构图。
[0028]图3中附图标记：1
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硅层，2
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二氧化硅层，3
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Cr/Au薄膜层，4
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金属电极对，5
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α
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In2Se3纳米片，6
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石墨烯层。
[0029]图4表示本专利技术中层状α
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于铁电半导体材料的光电响应突触器件制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1、采用机械剥离法，利用胶带反复对粘制备层状α
‑
In2Se3纳米片；步骤S2、将重掺杂氧化硅片的基底做去氧化层处理；步骤S3、在重掺杂氧化硅片的单面抛光侧表面制备金属对准标记；步骤S4、采用磁控溅射工艺，在重掺杂氧化硅片的单面抛光侧表面制备金属电极；步骤S5、采用湿法剥离工艺，将金属电极图形化；步骤S6、将层状α
‑
In2Se3纳米片粘连到重掺杂氧化硅片的单面抛光侧表面电极对的极间缝隙处；步骤S7、采用湿法转移工艺，使石墨烯覆盖于α
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In2Se3纳米片表面；步骤S8、使用原子层沉积工艺，在表面生成Al2O3薄膜层，最后完成器件封装。2.根据权利要求1所述的一种基于铁电半导体材料的光电响应突触器件制备方法，其特征在于：步骤S1中，通过机械剥离法制得层状α
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In2Se3纳米片；具体为：将单晶块体α
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In2Se3粘附于胶带，再用干净胶带反复对粘5~8次，所得层状α
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In2Se3纳米片厚度范围为10nm~20nm。3.根据权利要求1或2所述的一种基于铁电半导体材料的光电响应突触器件制备方法，其特征在于：步骤S2中，先用500目砂纸进行初次打磨，之后用1000目砂纸进行二次打磨，使基底平整。4.根据权利要求3所述的一种基于铁电半导体材料的光电响应突触器件制备方法，其特征在于：步骤S3中，电极对的极间距离为20nm。5.根据权利要求4所述的一种基于铁电半导体材料的光电响应突触器件制备方法，其特征在于：步骤S4中，磁控溅射沉积的金属薄膜为：Cr/Au薄膜；其中，Cr厚度为20nm、Au厚度为100nm。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔骁骏，崔浩然，耿文平，李稼禾，丑修建，陆昊，牛丽雅，杨凌霄，汪子涵，张亦驰，游亚军，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：