[发明专利]一种基于微球光学谐振增强的硅薄膜光探测器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于微球光学谐振增强灵敏度的硅薄膜光探测器的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）对衬底材料进行润湿性表面处理，并将微球谐振单元紧密排列在衬底之上，形成单层或多层有序阵列结构，得到光学谐振层；

（2）在微球谐振单元表面包覆具有特定介电常数的材料，调节响应波段；

（3）将单晶硅半导体薄膜转移至光学谐振层之上；

（4）在单晶硅半导体薄膜表面沉积金属电极，并通过热处理改善电极接触；然后完成器件的后续封装。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的衬底材料为光学石英片、硅片或蓝宝石片。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的润湿性表面处理，先后使用两种溶液，分别是水虎鱼溶液和氨水过氧化氢混合液。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的微球谐振单元为聚苯乙烯微球或二氧化硅微球，直径为300 nm~2 μm。

5.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于步骤（2）中所述在微球谐振单元表面包覆特定介电常数的材料为使用原子层淀积工艺在微球表面均匀沉积高介电常数/折射率的TiO₂或HfO₂；沉积过程中通过控制循环次数，以单原子/分子层的高精度控制修饰层的厚度。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的单晶硅半导体薄膜来自绝缘体上硅薄膜，表层硅薄膜厚度30-50 nm。

7.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的单晶硅半导体薄膜的转移主要借助氢氟酸（HF）及其蒸汽，即在SOI表面人为制造缺陷打开腐蚀窗口，让氢氟酸透过腐蚀窗口迅速腐蚀SOI硅薄膜下方的SiO₂层，而基本上不会对硅薄膜造成影响；在HF蒸汽处理45h-50h后，将样品沿切线角度浸入去离子水中，表层的硅薄膜会浮于去离子水表面而与SOI沉底分离；随后用步骤（1）和（2）制备的光学谐振层将硅薄膜捞起，自然晾干后硅薄膜便会平铺于光学谐振层上，完成半导体硅薄膜的转移。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于步骤（4）中所述的沉积金属电极使用物理气相沉积法，所选用的金属电极材料及其厚度应视SOI材料决定：对于P型轻掺杂SOI时，先在硅薄膜表面沉积50-100 nm厚的Al电极，然后再沉积10-20 nm的Au以保护铝电极；所述的热处理使用管式炉或快速热退火RTP设备，氮气氛围保护下，升温至420-460，保温30-60 min，然后降至室温；升降温时间30-60 min。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于步骤（4）中所述后续封装工艺指DIP封装工艺，封装底座采用单层陶瓷双列直插式DIP底座，通过引线键合机用30 μm的金线将样品上的电极与DIP底座上对应的接点连接完成器件封装。

10.一种由权利要求1-9所述制备方法制备得到的基于微球光学谐振增强灵敏度的硅薄膜光探测器。