[发明专利]金刚石薄膜的光敏晶体管的制备方法

摘要

本发明涉及一种基于自支撑金刚石薄膜的金属Pb-氰化物SiO2-P型金刚石薄膜半导体场效应晶体管的制备方法，属于光电探测器件制造工艺技术领域。本发明的特点是：(1)利用具有p型导电类型金刚石薄膜作为表面p型沟道层，其是p型金刚石薄膜不是通过掺杂获得，而是采用氢等离子体刻蚀的方法在自支撑金刚石的成核面获得H终端P型金刚石薄膜半导体导电层。(2)去除了一般常用的硅衬底，采用了具有一定厚度的自支撑金刚石薄膜。本发明的金刚石薄膜光敏晶体管可适用于高温、高频、大功率及恶劣环境条件下的应用；并具有较高的稳定性能，响应速度快，抗辐照能力强。

主权项

一种金刚石薄膜光敏晶体管的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：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；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0.5KPa～1kPa；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：成核完成后，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4KPa～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180～200小时；膜厚达到160～180μm；d.去除硅衬底，获得自支撑金刚石薄膜：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6～8小时，直到硅衬底被完全腐蚀掉后即可；e.自支撑金刚石薄膜的清洗：将自支撑金刚石薄膜分别用丙酮和乙醇溶液交替地超声清洗5遍，然后烘干待用；f.自支撑金刚石薄膜的成核面p型化处理过程：将自支撑金刚石薄膜的成核面放入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2KPa～3KPa；微波功率设定为1200W～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.源、漏欧姆接触层的制备：将已p型化处理的自支撑金刚石薄膜表面放入离子束溅射仪的样品台上，进行源与漏欧姆接触层的制备，溅射靶材为Au靶；利用光刻掩模技术以及KI刻蚀的办法，形成Au与p型金刚石薄膜表面的源极、漏极欧姆接触，以及源漏之间的p型沟道；其中源漏的Au电极层厚度为200～300nm，电极长度为1.0mm；h.栅绝缘层与栅金属层的制备：在源漏间的p型沟道中，利用光刻掩模技术，淀积栅绝缘层SiO2与栅金属层铅(Pb)，栅长为10μm，栅宽为400μm；采用磁控射频溅射仪，使用140mm×600mm的硅靶，频率为40kHz的中频电源，以Ar为溅射气体，O2为反应气体，衬底温度选择为300℃，溅射时间为2个小时，形成100～200nm厚的SiO2层；然后在栅绝缘层上，采用离子束溅射的方法，沉积一层栅金属层Pb，金属层的厚度为200～300nm之间。