[发明专利]一种高迁移率硒氧化铋半导体薄膜的化学刻蚀方法

说明书

本发明公开了一种高迁移率二维Bi₂O₂Se晶体的化学刻蚀方法。该方法包括下述步骤：将二维Bi₂O₂Se晶体浸润于刻蚀液中进行反应，其中，所述刻蚀液是由双氧水、浓硫酸和去离子水按照体积比(0.5‑2)：(0.5‑4)：4组成的混合液。本发明的化学刻蚀方法条件温和、简单经济，将其与光刻或电子束曝光技术结合可以实现对二维Bi₂O₂Se晶体特定图案化的选区化学刻蚀，构筑阵列化图案结构，在集成化器件领域具有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于半导体材料加工应用领域，具体涉及一种高迁移率层状硒氧化铋半导体薄膜的化学刻蚀方法。

背景技术

二维层状材料具有丰富的材料体系，优异的电学、光学和光电性质使得其在新一代光电子学器件中具有广阔的应用前景。硒氧化铋(Bi₂O₂Se)晶体同时具有较高的电子迁移率(低温下霍尔迁移率大于20000cm²V^-1s^-1，室温下约为300cm²V^-1s^-1)及合适的带隙(～0.8eV)，氧化物的属性使得其在空气中具有较高的化学稳定性，因而在目前研究较多的二维光电材料体系中具有显著的优势。Bi₂O₂Se晶体属于四方晶系(a＝Z＝2)，由(Bi₂O₂)_n层和Se_n交替连接构成而具有二维层状晶体结构。基于此，结合目前通行的半导体加工技术，可以构筑基于Bi₂O₂Se单晶畴区的功能化器件，例如目前报道的Bi₂O₂Se场效应晶体管显示出极高的表观迁移率(>1500cm²V^-1s^-1)，开关比(～10⁶)和近乎理想的亚阈值摆幅(～65mV/dec)，在未来低能耗逻辑器件领域优势明显。理论计算及相关实验研究均已经表明Bi₂O₂Se晶体可以作为高速低能耗电子学及光电子学器件领域的高品质沟道材料，同时目前已经能够可控制备高质量的Bi₂O₂Se单晶畴区(～200微米)和大面积连续薄膜。然而，要实现对该高迁移率半导体材料的有效利用，还需要发展与之匹配的微纳加工工艺，实现功能化器件的大规模构筑。刻蚀技术作为半导体微电子集成电路技术中的关键工艺，对材料特殊功能化的实现及集成度的提高均具有实际上的应用价值。迄今为止，还没有能够对其进行有效操控的手段，大规模功能化应用方面也尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种高迁移率二维Bi₂O₂Se晶体的化学刻蚀方法。

本发明所提供的高迁移率二维Bi₂O₂Se晶体的化学刻蚀方法，包括下述步骤：将二维Bi₂O₂Se晶体浸入刻蚀液中进行反应，其中，所述刻蚀液是由双氧水、浓硫酸和去离子水按照体积比(0.5-2)：(0.5-4)：4组成的混合液。

本发明中所述双氧水为市售双氧水，其质量浓度为30％；所述浓硫酸为市售浓硫酸，其质量浓度为市售～98％。

上述方法中，所述反应的反应时间为5-20秒，反应温度为室温(15-25℃)。

依据晶体厚度及质量等情况不同，可对刻蚀液的组成及刻蚀时间进行适当的调整，以达到最佳的刻蚀效果。反应前后原位对照的典型结果如图2所示。

在刻蚀反应过程中，可通过不停晃动基片或保持刻蚀液不断搅拌的方法保证刻蚀液与二维Bi₂O₂Se晶体的良好浸润。