[发明专利]基于MOSFET栅极光栅化THz探测器制备方法

说明书

本发明公开了一种基于MOSFET栅极光栅化THz探测器制备方法：在硅基底上依次通过光刻、离子注入、去胶、氧化物生长、牺牲层沉积、刻蚀、源漏区离子注入、源漏电极生长，制备出THz探测器底部器件；将THz探测器底部器件通过掩膜版刻蚀手段进一步制备出符合要求的光栅栅极结构；将光栅栅极结构利用电子束蒸发制备出沉积厚度满足预期的金属层，完成THz探测器器件制备。本发明以光栅结构替代CMOS器件中原有MOSFET的金属栅，本发明制备的太赫兹探测器，在探测的过程中，可利用光栅化的金属栅极与CMOS沟道间的增强Plasmonic谐振效应，提高探测器的响应速度。

技术领域

本发明涉及太赫兹探测器技术领域，尤其涉及太赫兹波段响应器件结构的优化升级及制备方法，更具体的说，是涉及一种基于MOSFET栅极光栅化THz探测器制备方法。

背景技术

太赫兹波是电磁波谱上介于微波与红外光之间的电磁波，其频率在0.1～10THz左右，波长对应3mm～30μm。太赫兹技术是目前信息科学技术研究的前沿与热点领域之一，近几年来，受到世界各国研究机构的广泛关注。美、日、欧等发达国家先后将太赫兹技术评定为“改变未来世界的十大技术”和“国家支柱技术十大重点战略目标”，投入巨资来夯实在太赫兹领域的国际地位。太赫兹具备广泛的应用前景，在天体物理学、材料科学、生物医学、环境科学、光谱与成像技术、信息科学技术等领域有着广泛的技术应用。太赫兹技术能够显著提升我国在航空航天、空间通信、生物医疗、甚至是食品检测等方面的实力。而作为太赫兹应用基础的太赫兹探测器是太赫兹安防、检测的关键部件。

现在太赫兹探测器的发展趋势是小型化和高集成度。因此发展基于CMOS兼容工艺的室温太赫兹探测器及太赫兹源是太赫兹探测和阵列成像以实现低成本的全集成是当前的研究热点。而目前现有的基于CMOS兼容工艺的探测器普遍存在响应速度慢、灵敏度低、价格昂贵且通常需要在低温下工作等诸多缺点，这在很大程度上限制了太赫兹技术的集成应用和发展。因此发展具有高响应度、高灵敏度、价格低廉的CMOS兼容的室温太赫兹探测器成为了太赫兹技术集成应用和发展进程中迫切需要解决的问题。

在外光场辐射下，金属与沟道载流子的等离子体共振效应有利于实现器件对外场的响应，通过光刻、纳米压印和人工微结构材料的调控引入周期可调且具有各种不同图案形式的光栅结构替代原有MOSFET的金属栅，实现由CMOS兼容的低维半导体材料(如纳米线)制备的金属栅极光栅化，使栅极与太赫兹波产生共振，增强Plasmonic谐振效应，提高探测器的响应速度并拓展探测器在太赫兹波段的响应范围，从而进一步提高探测器的探测灵敏度，实现窄带(甚至点频)太赫兹探测。

因此，基于金属栅MOSFET栅极光栅化的THz探测器的制备方法具有重要的意义，目前该方法尚未被提出。

发明内容

本发明提出一种基于MOSFET栅极光栅化THz探测器制备方法，该方法制备工艺成熟可控，有利于实现探测器的集成化量产，并缩减太赫兹探测器的成本。通过该方法制备的太赫兹探测器，在探测的过程中，可利用光栅化的金属栅极与CMOS沟道间的增强Plasmonic谐振效应，提高探测器的响应速度；可通过改变栅极的光栅化结构参数(光栅的宽度、长度、区域面积、周期和图案形式)来调控对应的太赫兹波的吸收频段和吸收强度，实现探测器在太赫兹波段响应范围的拓展，从而提高探测器的探测灵敏度，实现窄带(甚至点频)太赫兹探测。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的基于MOSFET栅极光栅化THz探测器制备方法，在基于CMOS的THz探测器栅极制备过程中，用微/纳米技术构筑微米或纳米级光栅阵列结构型栅极；通过对栅极的光栅化结构参数(光栅的宽度、长度、区域面积、周期和图案形式)的调节来实现对不同波段THz辐射进行选择性响应和探测；具体包括以下步骤：

第一步：在硅基底上依次通过光刻、离子注入、去胶、氧化物生长、牺牲层沉积、刻蚀、源漏区离子注入、源漏电极生长，制备出THz探测器底部器件；