一种背部刻槽型间接加热GeTe薄膜相变开关制造技术

本发明专利技术提出一种背部刻槽型GeTe薄膜相变开关，包括：衬底(Si)，衬底隔离层(Si3N4)；加热层(W)；加热隔离层(Si3N4)；相变材料层(GeTe)；电极层(Au/Ti)；背面刻蚀的深槽。本发明专利技术在基片背面刻蚀深槽，使加热层的热量快速散去，使相变层降温的速度变快，相变材料发生相变过程更均匀，提高了器件可靠性和灵敏性。通过COMSOL仿真验证本发明专利技术结构可以降低相变材料达到熔点的温度值，背部刻槽结构拥有高的有效热传导效率，对于相变材料的熔点和临界阈值,相变材料的特性要求温度由熔点温度降至相变温度的时间越短越好。时间越短越好。时间越短越好。

【技术实现步骤摘要】
一种背部刻槽型间接加热GeTe薄膜相变开关


[0001]本专利技术属于微波开关器件的
，具体涉及一种背部刻槽型间接加热GeTe薄膜相变开关。

技术介绍

[0002]相变开关是一种新型的电子器件，利用相变材料的特性，在相变时(从晶态到非晶态或反之)发生电阻率变化，从而实现电路的开关控制。相变材料常用的有GeTe、GST、GeSbTe等。相比传统的半导体器件，相变开关具有响应速度快、功耗低、耐久性好等优点，可以广泛应用于高速通讯、微波技术、计算机存储器等领域，是一种具有很大应用潜力的电子器件。相变材料的相变是指物质由一种状态转变为另一种状态的过程。例如，GeTe薄膜在加热的过程中，会从晶态转变为非晶态；在冷却的过程中，会从非晶态转变为晶态。在这个过程中，相变材料的电阻率也会发生变化。当相变材料处于晶态时，其电阻率较低，可以通过电路传导电流；而当相变材料处于非晶态时，其电阻率较高，电流无法通过，从而实现电路的断开。因此，相变材料可以被用来制作开关，控制电路的通断。
[0003]目前的相变开关存在关断时间长、开/关循环次数少的问题，主要的原因是因为加热层直接制备在衬底隔离层上，而衬底隔离层散热速率慢，无法快速降温，导致相变材料降温的速度慢，致使相变材料烧毁或者晶化不完全，进而导致相变开关速度慢或循环次数降低。

技术实现思路

[0004]针对现有针对传统的四端口间接加热相变开关的散热速率慢导致的切换速度缓慢难题,本文提出了一种背部刻槽型的间接加热型相变开关新结构，该器件结构可以有效增强相变开关的循环次数，且制备方法简单。
[0005]本专利技术所述具体要解决的技术方案是：一种背部刻槽型基于GeTe薄膜相变开关，其特征在于包括，基片、介质隔离层、GeTe层、电极层、器件背面硅基深槽组成。制备方法，该方法具体的步骤：
[0006]第一步，选取硅基片，清洗吹干后，在硅片背面经电子束光刻图案化后，通过湿法刻蚀出300
‑
450nm深槽；
[0007]第二步，刻蚀后的基片重新清洗吹干后，在器件正面用PECVD沉积一层Si3N4作为电绝缘层，在电绝缘层上表面进行光刻图案化后，磁控溅射100
‑
200nm厚的NiCr或者W金属加热电极，在丙酮中剥离获得加热层；
[0008]第三步，在加热层上表面用PECVD沉积一层Si3N4，经电子束光刻后反应离子刻蚀，去胶清洗获得隔热层；
[0009]第四步，在隔热层上表面进行光刻图案化后，磁控溅射100
‑
200nm厚的GeTe薄膜相变材料，在丙酮中剥离获得相变层；
[0010]第五步，在相变层上表面进行光刻图案化后，磁控溅射200
‑
300nm厚的Au/Ti作为
射频传输层，在丙酮中剥离后获得一个背面刻槽型间接加热相变开关；
[0011]本专利技术的创新重点在于将器件背面进行湿法刻蚀，可以在一定程度上加热层产生的热量从下方快速散去，提高开关的切换速度，缩短开关时长，相变开关的响应速度更快。
[0012]将衬底层变薄，相变材料发生相变的过程散热更快，优化了GeTe薄膜的相变功能，提高器件的可靠性，简化工艺，同时还可以降低相变射频开关集成芯片的工艺成本。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施的相变开关的纵向截面结构示意图；图中1
‑
1、衬底；1
‑
2、衬底隔离层；1
‑
3、加热层；1
‑
4、加热隔离层；1
‑
5、相变材料；1
‑
6、电极；1
‑
7、刻蚀深槽。
[0014]图2为对比技术的相变开关的纵向截面结构示意图；图中2
‑
1、衬底；2
‑
2、衬底隔离层；2
‑
3、加热层；2
‑
4、加热隔离层；2
‑
5、相变材料；2
‑
6、电极。
[0015]图3为本专利技术相变材料区域达到熔点时的平均温度图。
[0016]图4为传统结构相变材料区域达到熔点时的平均温度图。
[0017]图5为本专利技术和传统结构仿真脉冲结果曲线图。
具体实施方式
根据现有的相变开关的结构，加热层无法快速散热导致相变层烧毁的，专利技术人提出了一种背部刻槽型的GeTe相变开关新结构。该器件包括了衬底单晶Si、衬底隔离层Si3N4、加热层NiCr、加热隔离层Si3N4、相变材料GeTe、电极Au/Ti、深槽刻蚀。
[0018]为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0019]本专利技术实例：在Si/Si3N4衬底背面，经过电子束光刻图案化后，通过反应离子刻蚀100nm，之后将片子放进KOH溶液刻蚀，刻蚀大约8h，深度约为300
‑
450μm，刻蚀区域在衬底背部，接着将片子清洗后吹干。在衬底正面上,制备一层W薄膜作为加热层,然后用PECVD沉积一层Si3N4作为电绝缘层,然后溅射一层GeTe薄膜，最后制备Au/Ti薄膜。
[0020]对比技术：
[0021]在衬底正面上,制备一层W薄膜作为加热层,然后用PECVD沉积一层Si3N4作为电绝缘层,然后溅射一层GeTe薄膜，最后制备Au/Ti薄膜。
[0022]实施例1
[0023]选用(100)Si/Si3N4基片,首先清洗基片,依次用丙酮和酒精超声清洗180s，最后用去离子水冲洗，氮气吹干。
[0024]用电子束光刻出2mm
×
3mm的深槽刻蚀孔，用KOH溶液进行湿法刻蚀，刻蚀约8h，刻蚀深度约为450μm。
[0025]然后，将刻蚀好的的片子进行清洗后吹干，光刻图案化，用磁控溅射的方法在的环境下沉积一层200nm的W作为加热层，去胶，在丙酮中剥离出图形，获得加热层。
[0026]在加热层上用PECVD沉积一层60nm的Si3N4，用正胶光刻图案化，然后用反应离子刻蚀，去胶清洗，获得隔离层。
[0027]在隔离层上用负胶图案化，用射频磁控溅射溅射200nm GeTe薄膜，去胶，在丙酮中
剥离出图形，获得相变层。
[0028]之后将器件放到退火炉中进行退火，条件为真空度5
×
10
‑4Pa,温度为300
‑
450℃，退火时间30～60min。
[0029]在相变层上用负胶图案化，用射频磁控溅射溅射300nm Au/Ti薄膜，去胶，在丙酮中剥离出图形，获得电极层。
[0030]实施例2
[0031]本实施例使用COMSOL软件对GeTe相变开关的两种结构进行了仿真，包括衬底层、隔离层、加热层、相变层、电极层。本专利技术相变开关结构在器件背后挖空，设置空气对流，传热系数为5W/(m2·
K)，其中GeTe晶态电导率为4.5
×
105S/m，非晶态GeT本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种背部刻槽型GeTe薄膜相变开关，其特征在于：该方法包括以下步骤：第一步，选取硅基片，清洗吹干后，在硅片背面经电子束光刻图案化后，通过湿法刻蚀出深槽；第二步，刻蚀后的基片重新清洗吹干后，在器件正面用PECVD沉积一层Si3N4作为电绝缘层，在电绝缘层上表面进行光刻图案化后，磁控溅射NiCr或者W金属加热电极，在丙酮中剥离获得加热层；第三步，在加热层上表面用PECVD沉积一层Si3N4，经电子束光刻后反应离子刻蚀，去胶清洗获得隔热层；第四步，在隔热层上表面进行光刻图案化后，磁控溅射GeTe薄膜相变材料，在丙酮中剥离获得相变层；第五步，在相变层上表面进行光刻图案化后，磁控溅射Au/Ti作为射频传输层，在丙酮中剥离后获得一个背面刻槽型间接加热相变开关。2.根据权利要求1所述湿法...

【专利技术属性】
技术研发人员：高莉彬，付帅帅，曲胜，陈宏伟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：