[发明专利]多通道全硅基红外光热电探测器及其制作方法

权利要求书

1.一种多通道全硅基红外光热电探测器，其特征在于，包括：

一绝缘体上硅衬底，该衬底顶层为n型掺杂硅，中间层为二氧化硅，底层为普通低掺杂n型硅；

一平行分布的硅纳米线阵列，该硅纳米线阵列制备在中间层二氧化硅之上、顶层硅之中；

一超表面，该超表面由纳米尺度的金属天线组成，并与硅纳米线集成在一块；

一顶部接触电极，覆盖在硅纳米线两端；

光入射平面为SOI衬底的顶部或者底部。

2.根据权利要求1所述的多通道全硅基红外光热电探测器，其特征在于，所述衬底顶层的n型掺杂硅为磷离子n型低掺杂，近乎本征掺杂。

3.根据权利要求1所述的多通道全硅基红外光热电探测器，其特征在于，所述金属天线材质为铬、金、银、铝、铜和铂金中的一种，或其中几种的组合。

4.根据权利要求1所述的多通道全硅基红外光热电探测器，其特征在于，所述的顶部电极材质为铝、铬、金、钨、镍、钛、钯或银中的一种，或其中几种的组合。

5.根据权利要求1所述的多通道全硅基红外光热电探测器，其特征在于，工作原理如下：

利用超表面构筑的金属纳米天线实现入射光的完美吸收，并调节场模式以实现金属/半导体界面的高度场局域特性；金属天线进一步在入射光条件下形成表面等离激元，进而在金属表面等离激元非辐射驰豫期间激发产生热载流子；热载流子通过内部发射过程进入一维硅纳米线阵列，并进行一维量子输运形成光电流。

6.如权利要求1所述的多通道全硅基红外光热电探测器的制作方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤一：在顶层为低掺杂n型硅的SOI衬底上旋涂光刻胶-1，样品烘干；进行电子束曝光，然后放入显影液-1中显影，再沉积金属十字形标记，最后进行剥离工艺；

步骤二：在做好金属标记的SOI衬底上旋涂光刻胶-2，烘干样品；以金属标记为基准，确定实际曝光位置，进行电子束曝光；

步骤三：将样品放入显影液-2中显影，然后沉积金属铬，剥离，在SOI衬底上形成铬纳米线条；

步骤四：将样品以铬为掩膜，进行干法刻蚀，然后放入去铬液中，剥离掉铬，留下纯净硅纳米线结构在氧化硅绝缘层上；

步骤五：在刻蚀好硅纳米线的SOI衬底上再次旋涂光刻胶-2，烘干样品；以金属标记为基准，套刻确定新的曝光位置后，进行电子束曝光；

步骤六：将曝光完成后的样品，再次放入显影液-2中进行显影；

步骤七：将显影后的样品放入氢氟酸溶液中漂洗，去除自然氧化层；

步骤八：迅速将样品转移进入金属沉积设备中，进行金属天线沉积，然后剥离；

步骤九：在沉积金属天线后的样品上最后旋涂光刻胶-1，烘干样品；以金属标记为基准，再次套刻确定新的曝光位置，然后进行曝光；再放入显影液-1中显影；放入氢氟酸溶液中漂洗，去除自然氧化层；迅速将样品转移进入金属沉积设备中，进行金属接触电极的沉积，然后剥离，完成器件制备；

其中，所述的光刻胶-1为化学放大胶：SAL601、UV5、UVIII或SU8，或者普通正性光刻胶：PMMA、PMMA-MAA或ZEP520A中的一种；

所述的光刻胶-2为正性电子束光刻胶：PMMA,PMMA-MAA,ZEP520A中的一种；

所述的显影液-1为：MF312:DI water, CD26,EC solvent，或者MIBK:IPA, 或O-xylene中的一种；

所述的显影液-2为：MIBK:IPA, O-xylene中的一种。

7.根据权利要求6所述制作方法，其特征在于，所述的金属标记的材料为铬金、铂金、镍、钛、钯中的一种。

8.根据权利要求6所述制作方法，其特征在于，所述的干法刻蚀为反应离子刻蚀或者电感耦合等离子体刻蚀。

9. 根据权利要求6所述制作方法，其特征在于，所述的剥离工艺所用溶液为丙酮、PGRemover中的一种。

10.根据权利要求6所述制作方法，其特征在于，所述的氢氟酸溶液的浓度为0.5%-10%。