本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電材料及器件制備，尤其涉及一種氧化鎵襯底納米級圖案化方法。

背景技術(shù)：

1、β-ga2o3是一種新興的超寬帶隙半導(dǎo)體，在下一代電力電子和光電子領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。β-ga2o3由于具有更大的禁帶寬度，其巴利加優(yōu)值(baliga’sfigure?of?merit,bfom)達(dá)到3444，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于作為第三代半導(dǎo)體的代表材料sic(340)和gan(870)。在用作功率器件時(shí)，其最大擊穿電場強(qiáng)度可以達(dá)到8mv/cm，根據(jù)導(dǎo)通電阻與最大擊穿電壓間的函數(shù)關(guān)系，在相同的電場強(qiáng)度下，β-ga2o3的導(dǎo)電損耗比sic和gan低一個(gè)量級。當(dāng)載流子(電子)濃度為1015～1016cm-3時(shí)，實(shí)驗(yàn)測得β-ga2o3的電子遷移率為300cm2·v-1·s-1。此外，相比于sic襯底設(shè)備使用的高溫升華法，以及gan襯底制備使用的高壓氮?dú)夥?、氨熱技術(shù)法、以及氫化物氣相外延法，β-ga2o3單晶可以使用低廉穩(wěn)定的熔體法來進(jìn)行大規(guī)模生長。綜上，β-ga2o3具有制備下一代高耐壓、高功率半導(dǎo)體器件的潛力，同時(shí)在光電探測器上也具有極大的應(yīng)用前景。

2、隨著氧化鎵器件逐步被人們重視，對襯底的圖案化過程正受到越來越廣泛的關(guān)注。而研究腐蝕過程對于制備具有微米和納米結(jié)構(gòu)的氧化鎵圖案化襯底以滿足高性能器件的需求，具有重要的研究意義。目前，比較常用的方法包括干法和濕法腐蝕。干法腐蝕存在的缺陷，包括在材料中引入懸掛鍵、缺陷、表面陷阱、載流子泄露路徑和復(fù)合中心，此外相對濕法腐蝕，干法腐蝕會(huì)給襯底表面帶來由自由離子轟擊造成的無可避免的損傷，且其成本較高。

3、現(xiàn)有技術(shù)(如cn114496805a)公開了對氧化鎵襯底進(jìn)行金屬輔助光化學(xué)腐蝕來形成納米級圖案，需要制備金屬鋁模板，存在過程復(fù)雜的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種氧化鎵襯底納米級圖案化方法。本發(fā)明利用熱處理增強(qiáng)襯底與貴金屬納米顆粒間的作用力，能夠大于金屬-金屬間團(tuán)聚作用力，形成具有規(guī)則金屬顆粒排布的襯底表面，利于后續(xù)金屬輔助光化學(xué)腐蝕圖案化的進(jìn)行。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種氧化鎵襯底納米級圖案化方法，包括以下步驟：

4、將氧化鎵襯底浸入貴金屬納米顆粒膠體溶液中，得到沾浸有貴金屬納米顆粒的氧化鎵襯底；

5、將所述沾浸有貴金屬納米顆粒的氧化鎵襯底進(jìn)行熱處理，得到熱處理襯底；

6、將所述熱處理襯底進(jìn)行金屬輔助光化學(xué)腐蝕圖案化，得到圖案化襯底；

7、去除所述圖案化襯底上的貴金屬納米顆粒。

8、優(yōu)選地，所述熱處理的溫度為60～400℃，保溫時(shí)間為1～10h。

9、優(yōu)選地，所述金屬輔助光化學(xué)腐蝕圖案化的光照條件包括：波長為254～260nm，功率為50～200w，光源與熱處理襯底的距離為2～20cm。

10、優(yōu)選地，所述金屬輔助光化學(xué)腐蝕圖案化的腐蝕液包括腐蝕劑、氧化劑和水，所述腐蝕劑包括酸性腐蝕劑或堿性腐蝕劑。

11、優(yōu)選地，所述酸性腐蝕劑包括氫氟酸、硫酸、鹽酸和硝酸中的一種或多種，所述腐蝕液中酸性腐蝕劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～85％。

12、優(yōu)選地，所述堿性腐蝕劑包括氫氧化鈉和/或氫氧化鉀，所述腐蝕液中堿性腐蝕劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～75％。

13、優(yōu)選地，所述氧化劑包括過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸氨、過氧化氫、過氧化鈉、過氧化鉀、高錳酸鉀、次氯酸鈉、次氯酸鉀和次氯酸氨中的一種或多種，所述腐蝕液中氧化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002～0.05％。

14、優(yōu)選地，所述金屬輔助光化學(xué)腐蝕圖案化的溫度為20～60℃，時(shí)間為1～48h。

15、優(yōu)選地，所述貴金屬納米顆粒膠體溶液中貴金屬納米顆粒的粒徑為10～5000nm。

16、優(yōu)選地，所述去除貴金屬納米顆粒的過程包括：將所述圖案化襯底浸漬到王水中，加熱到40～50℃，保持30～60min。

17、本發(fā)明提供了一種氧化鎵襯底納米級圖案化方法，包括以下步驟：將氧化鎵襯底浸入貴金屬納米顆粒膠體溶液中，得到沾浸有貴金屬納米顆粒的氧化鎵襯底；將所述沾浸有貴金屬納米顆粒的氧化鎵襯底進(jìn)行熱處理，得到熱處理襯底；將所述熱處理襯底進(jìn)行金屬輔助光化學(xué)腐蝕圖案化，得到圖案化襯底；去除所述圖案化襯底上的貴金屬納米顆粒。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

19、本發(fā)明開發(fā)無掩模版、連續(xù)法制備具有尺寸可控的、規(guī)則圖案化氧化鎵襯底，解決了目前金屬輔助光化學(xué)腐蝕存在的需要制備金屬鋁模板、步驟繁瑣、成本較高的問題，利用熱處理增強(qiáng)襯底表面與貴金屬納米顆粒間的作用力，能夠大于金屬-金屬間團(tuán)聚作用力，形成具有規(guī)則金屬顆粒排布的襯底表面，利于后續(xù)金屬輔助光化學(xué)腐蝕圖案化的進(jìn)行。

技術(shù)特征：

1.一種氧化鎵襯底納米級圖案化方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎵襯底納米級圖案化方法，其特征在于，所述熱處理的溫度為60～400℃，保溫時(shí)間為1～10h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎵襯底納米級圖案化方法，其特征在于，所述金屬輔助光化學(xué)腐蝕圖案化的光照條件包括：波長為254～260nm，功率為50～200w，光源與熱處理襯底的距離為2～20cm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎵襯底納米級圖案化方法，其特征在于，所述金屬輔助光化學(xué)腐蝕圖案化的腐蝕液包括腐蝕劑、氧化劑和水，所述腐蝕劑包括酸性腐蝕劑或堿性腐蝕劑。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化鎵襯底納米級圖案化方法，其特征在于，所述酸性腐蝕劑包括氫氟酸、硫酸、鹽酸和硝酸中的一種或多種，所述腐蝕液中酸性腐蝕劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～85％。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化鎵襯底納米級圖案化方法，其特征在于，所述堿性腐蝕劑包括氫氧化鈉和/或氫氧化鉀，所述腐蝕液中堿性腐蝕劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～75％。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化鎵襯底納米級圖案化方法，其特征在于，所述氧化劑包括過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸氨、過氧化氫、過氧化鈉、過氧化鉀、高錳酸鉀、次氯酸鈉、次氯酸鉀和次氯酸氨中的一種或多種，所述腐蝕液中氧化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002～0.05％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎵襯底納米級圖案化方法，其特征在于，所述金屬輔助光化學(xué)腐蝕圖案化的溫度為20～60℃，時(shí)間為1～48h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎵襯底納米級圖案化方法，其特征在于，所述貴金屬納米顆粒膠體溶液中貴金屬納米顆粒的粒徑為10～5000nm。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎵襯底納米級圖案化方法，其特征在于，所述去除包括以下步驟：將所述圖案化襯底浸漬到王水中，加熱到40～50℃，保持30～60min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種氧化鎵襯底納米級圖案化方法，屬于半導(dǎo)體光電材料及器件制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將氧化鎵襯底浸入貴金屬納米顆粒膠體溶液中，得到沾浸有貴金屬納米顆粒的氧化鎵襯底；將所述沾浸有貴金屬納米顆粒的氧化鎵襯底進(jìn)行熱處理，得到熱處理襯底；將所述熱處理襯底進(jìn)行金屬輔助光化學(xué)腐蝕圖案化，得到圖案化襯底；去除所述圖案化襯底上的貴金屬納米顆粒。本發(fā)明開發(fā)無掩模版、連續(xù)法制備具有尺寸可控的、規(guī)則圖案化氧化鎵襯底，利用熱處理增強(qiáng)襯底表面與貴金屬納米顆粒間的作用力，能夠大于金屬?金屬間團(tuán)聚作用力，形成具有規(guī)則金屬顆粒排布的襯底表面，利于后續(xù)金屬輔助光化學(xué)腐蝕圖案化的進(jìn)行。

技術(shù)研發(fā)人員：夏寧,劉瑩瑩,金竹
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州鎵仁半導(dǎo)體有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17