[发明专利]金刚石薄膜场效应光电探测器的制备方法

摘要

本发明涉及一种基于P型纳米金刚石薄膜/[100]定向金刚石薄膜场效应光电探测器的制备方法，属场效应光电探测器制造工艺技术领域。本发明的特点是：采用了肖特基场效应结构，并利用P型纳米金刚石薄膜作为表面P型沟道层；纳米金刚石薄膜的P型不是通过掺杂其他元素获得，而是采用氢等离子刻蚀的方法获得H终端P型纳米金刚石层。本发明的另一个特点是采用了除去传统的硅衬底的工艺，使有利于探测器在高温、高频、大功率领域及恶劣环境中的应用。

主权项

1.一种金刚石薄膜场效应光电探测器的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：A.硅衬底预处理：采用(100)镜面抛光硅片作为沉积衬底，采用HF酸超声清洗5～15分钟，以去除表面的氧化硅层，为了增加金刚石薄膜的成核密度，使用100nm粒径的金刚石粉末对硅衬底机械研磨10～15分钟；将研磨后的硅片放在混有100nm金刚石粉的丙酮溶液中超声清洗10～20分钟；最后再将硅片用去离子水和丙酮分别超声清洗，直至硅片表面洁净；烘干后放入微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置的反应室内进行下一步处理；B.金刚石薄膜成核过程：先用真空泵对反应室抽真空至5～7Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至10-2Pa以下，通入反应气体(甲烷与氢气的混合气体)，调节甲烷和氢气的流量分别为40～60标准毫升/分和120～160标准毫升/分；反应室的气压设定为0.5～1.0kPa；衬底偏压设定为50～150V；衬底温度控制在620～680℃；微波功率设定为1200W～1600W；薄膜成核时间0.5～1小时；C.金刚石薄膜生长过程：上述的成核过程完成后，调节甲烷和氢气的流量分别为40～60标准毫升/分和150～200标准毫升/分；反应室的气压设定为4～5kPa；衬底温度控制在700～750℃；微波功率设定为1600W～2000W；薄膜生长时间60～100小时，膜厚达到80～100μm；D.纳米金刚石薄膜制备过程：先用真空泵对所述反应室抽真空至5～7Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至10-2Pa以下，通入反应气体即甲烷与氢气的混合气体，调节甲烷和氢气的流量分别为40～60标准毫升/分和120～160标准毫升/分；反应室的气压设定为0.5～1.0kPa；衬底偏压设定为50～150V；衬底温度控制在620～680℃；微波功率设定为1200～1600W；薄膜生长时间为3～5小时，膜厚达到8～10μm；E.硅衬底的去除过程：将生长好的金刚石薄膜放入HNO3+HF(HNO3∶HF＝1∶3，摩尔比)的混合溶液中浸泡6-8h，使硅衬底被完全腐蚀掉；F.纳米金刚石薄膜/[100]定向金刚石薄膜p型化处理过程：将上述所得的纳米/[100]定向金刚石薄膜放入MPCVD反应室。用真空泵对反应室抽真空至5～7Pa，然后用分子泵对反应室抽真空至10-2Pa以下，通入氢气，调节氢气的流量120～160标准毫升/分；反应室的气压设定为2～3kPa；微波功率设定为1200～1600W；处理时间1～3小时，使金刚石薄膜载流子浓度达到1013～1014cm-3；G.漏源欧姆接触层和栅肖特基接触层的制备：(a)栅肖特基接触层的制备：将上述p型纳米金刚石薄膜/[100]定向金刚石薄膜放入磁控溅射仪的样品台上，进行栅肖特基接触层的制备；采用溅射靶材为A1靶；先用真空泵对溅射室抽真空至5Pa以下，然后用分子泵对测射室抽真空至10-2Pa以下；通入氩气，调节流量为30～60标准毫升/分；调节反应气压为0.2～0.5Pa；溅射功率100～500W；溅射时间0.5小时～2小时，栅极厚度达到50～100nm，栅宽为100～300μm，栅长为1～5μm；(b)漏、源欧姆接触触层的制备：采用与上述相同方法、相同工艺参数条件下进行漏、源欧姆接触层的制备；所采用的溅射靶材为Au靶；源、漏电极厚度达到200～300nm。