本發(fā)明屬于光學(xué)傳感器，具體涉及一種制備可調(diào)節(jié)pn型的sic與石墨烯的異質(zhì)結(jié)器件的方法。

背景技術(shù)：

1、sic與石墨烯的異質(zhì)結(jié)器件作為一種新型光電子器件，結(jié)合了sic的優(yōu)異光學(xué)特性和石墨烯的獨(dú)特電學(xué)特性，展現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用潛力。

2、sic是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有高折射率、色散特性和光學(xué)透明度等優(yōu)異光學(xué)特性。由于其在寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有良好的光學(xué)性能，sic已經(jīng)成為了制備光學(xué)器件的重要材料之一。同時(shí)，石墨烯是一種二維的薄膜材料，具有優(yōu)異的電學(xué)特性，如高載流子遷移率和寬廣的光學(xué)透明度，適用于光學(xué)器件的電調(diào)控和調(diào)制。

3、sic與石墨烯的異質(zhì)結(jié)器件是將sic和二維材料石墨烯這兩種材料結(jié)合起來(lái)，充分利用了兩者的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)器件的多功能化和高性能化。

4、通過(guò)在sic光子晶體結(jié)構(gòu)中引入石墨烯層，可以調(diào)節(jié)sic光子晶體的光學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)光的調(diào)制和調(diào)控。同時(shí)，利用石墨烯的電學(xué)可調(diào)特性，還可以實(shí)現(xiàn)光的電調(diào)制和電光調(diào)制，提高光學(xué)器件的靈活性和可調(diào)性。

5、在光通信領(lǐng)域，sic與石墨烯的異質(zhì)結(jié)器件具有重要的應(yīng)用價(jià)值。利用石墨烯的快速載流子響應(yīng)和sic光子晶體的高品質(zhì)因子諧振腔，可以實(shí)現(xiàn)高速光調(diào)制器和光檢測(cè)器，提高光通信系統(tǒng)的傳輸速率和帶寬。

6、綜上所述，sic與石墨烯的異質(zhì)結(jié)器件代表了光電子學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，具有廣泛的應(yīng)用前景。

7、目前制備sic與石墨烯的異質(zhì)結(jié)器件的制備工藝相對(duì)復(fù)雜，需要控制好兩種材料的生長(zhǎng)和結(jié)合過(guò)程，包括石墨烯的制備方法、sic基底的表面處理、兩者之間的界面結(jié)合等。

8、這些過(guò)程需要高度的技術(shù)水平和設(shè)備支持，制備成本較高。

9、材料兼容性：sic與石墨烯之間的晶格結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)不同，可能存在材料兼容性問(wèn)題，如界面結(jié)合強(qiáng)度不足、晶格失配等，影響器件的穩(wěn)定性和性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種制備可調(diào)節(jié)pn型的sic與石墨烯的異質(zhì)結(jié)器件的方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種制備可調(diào)節(jié)pn型的sic與石墨烯的異質(zhì)結(jié)器件的方法，包括以下步驟：

4、s1.掩膜層生長(zhǎng)與導(dǎo)電類(lèi)型調(diào)節(jié)：

5、首先在n型sic襯底上，通過(guò)立式低壓化學(xué)氣相沉積(lpcvd)技術(shù)生長(zhǎng)一層厚度為2微米的sio2掩膜層；

6、s2.光刻工藝與待刻蝕區(qū)域形成：

7、在生長(zhǎng)有sio2掩膜層的sic襯底上涂覆光刻膠，并進(jìn)行曝光和顯影處理，通過(guò)這一光刻工藝步驟，得到待刻蝕區(qū)域；

8、s3.電子束刻蝕、清洗與注入窗口形成：

9、利用電子束刻蝕對(duì)未被光刻膠遮擋的sio2掩膜層進(jìn)行選擇性刻蝕；

10、刻蝕完成后，進(jìn)行酸洗步驟以徹底去除表面殘余的光刻膠；

11、最終，留下清晰的注入窗口，并得到所需的圖案；

12、s4.利用注入機(jī)進(jìn)行高溫離子注al離子使n型sic反型并進(jìn)行高溫激活，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的注入工藝參數(shù)設(shè)置recipe，實(shí)現(xiàn)pn型轉(zhuǎn)換。

13、s5.通過(guò)干法刻蝕和boe濕法浸泡去除沉積的掩膜層sio2；

14、s6.通過(guò)1350度的溫度進(jìn)行干氧熱氧化并進(jìn)行no氣氛退火，優(yōu)化表面的非晶化區(qū)域和原始的由于在生產(chǎn)或者放置在空氣中產(chǎn)生的引起的表面粗糙現(xiàn)象；

15、s7.通過(guò)boe濕法浸泡去除熱氧化的犧牲層sio2；

16、s8.通過(guò)豎式曝光技術(shù)得到預(yù)定的光刻圖案并進(jìn)行電子束蒸鍍，在已經(jīng)準(zhǔn)備好的所述sic襯底上沉積金屬電極ti/al，形成霍爾電極；

17、s9.利用合適黏度的膠帶先取部分石墨烯單晶在膠帶上，取用一片硅片進(jìn)行50度烘干5min處理，然后將膠帶上石墨烯轉(zhuǎn)移至硅片上面得到石墨烯；將配置的pmma實(shí)際滴到切割好的pdms上做50度烘干8min處理制備黏性轉(zhuǎn)移材料，將轉(zhuǎn)移材料覆蓋在石墨烯上并進(jìn)行機(jī)械按壓處理，之后將得到的優(yōu)選的石墨烯轉(zhuǎn)移至制備好電極的sic襯底上的預(yù)定區(qū)域。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

19、1.機(jī)械轉(zhuǎn)移制備石墨烯材料：本發(fā)明采用機(jī)械轉(zhuǎn)移的方式跳過(guò)石墨烯材料生長(zhǎng)步驟，直接從已制備好的石墨烯生長(zhǎng)襯底上，通過(guò)機(jī)械剝離方式制備石墨烯材料。這種方法不僅能夠快速、大量地制備高性能的石墨烯材料，而且可以避免石墨烯生長(zhǎng)過(guò)程中的復(fù)雜性和不確定性，提高了制備效率和材料質(zhì)量。

20、2.高溫離子注入對(duì)sic進(jìn)行表面的pn型調(diào)節(jié)：為了解決現(xiàn)有sic與石墨烯器件結(jié)構(gòu)單一的問(wèn)題，本發(fā)明引入了高溫離子注入技術(shù)對(duì)sic材料進(jìn)行表面的pn型調(diào)節(jié)。通過(guò)高溫離子注入，可以在sic材料表面形成pn結(jié)，從而為后續(xù)復(fù)雜大規(guī)模器件制備提供了可能性，擴(kuò)展了器件的功能和應(yīng)用范圍。

21、3.熱氧化和no退火處理消除晶圓表面氧化的粗糙情況：針對(duì)sic與石墨烯的材料兼容性問(wèn)題，本發(fā)明特意對(duì)sic進(jìn)行了熱氧化和no退火處理，以消除晶圓表面在保存過(guò)程中的氧化的粗糙情況。通過(guò)這種處理，可以提高sic與石墨烯異質(zhì)結(jié)器件的界面質(zhì)量和結(jié)合強(qiáng)度，改善器件性能和穩(wěn)定性。

22、綜上所述，本發(fā)明通過(guò)引入機(jī)械轉(zhuǎn)移制備石墨烯材料、高溫離子注入對(duì)sic進(jìn)行表面的pn型調(diào)節(jié)，以及熱氧化和no退火處理等關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)，解決了sic與石墨烯異質(zhì)結(jié)器件制備過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)難題，為其在光電子學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要技術(shù)支持。

技術(shù)特征：

1.一種制備可調(diào)節(jié)pn型的sic與石墨烯的異質(zhì)結(jié)器件的方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光學(xué)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種制備可調(diào)節(jié)PN型的SiC與石墨烯的異質(zhì)結(jié)器件的方法，包括以下步驟：機(jī)械轉(zhuǎn)移制備石墨烯材料、高溫離子注入對(duì)SiC進(jìn)行表面的PN型調(diào)節(jié)、熱氧化和NO退火處理消除晶圓表面氧化的粗糙情況，本發(fā)明通過(guò)采用機(jī)械轉(zhuǎn)移方式制備石墨烯材料，簡(jiǎn)化了制備工藝，提高了制備效率和質(zhì)量；引入高溫離子注入技術(shù)對(duì)SiC進(jìn)行表面的PN型調(diào)節(jié)，擴(kuò)展了器件的功能和應(yīng)用范圍；通過(guò)熱氧化和NO退火處理消除晶圓表面氧化的粗糙情況，提高了SiC與石墨烯異質(zhì)結(jié)器件的界面質(zhì)量和結(jié)合強(qiáng)度，改善了器件的性能和穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：張高天,羅東向,劉霄
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華南師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17