一种高吸收、宽光谱黑硅复合材料及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114686806A(43)申请公布日2022.07.01(21)申请号202210325722.9H01L31/028(2006.01)(22)申请日2022.03.30H01L31/18(2006.01)(71)申请人电子科技大学地址610000四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人米冠宇吕坚阙隆成周云黄建刘钟远谭成(74)专利代理机构成都行之智信知识产权代理有限公司51256专利代理师马丽青(51)Int.Cl.C23C14/02(2006.01)C23C14/06(2006.01)C23C14/35(2006.01)H01L31/0236(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种高吸收、宽光谱黑硅复合材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种高吸收、宽光谱黑硅复合材料及其制备方法。包括对硅衬底进行黑硅化处理，得到黑硅，所述黑硅表面具有尖锥阵列；向黑硅表面溅射沉积TiN纳米颗粒。本发明利用“黑硅化”在传统硅表面形成均匀、大面积尖锥状黑硅结构；再利用“黑硅表面沉积TiN纳米颗粒”，使得黑硅表面微结构更加复杂，增加了光在黑硅尖锥间的反射次数，材料吸收率获得提升；同时通过磁控溅射，在尖锥状黑硅表面沉积TiN纳米颗粒，利用等离激元共振效应实现可见到红外波段光谱的拓宽。CN114686806ACN114686806A权利要求书1/1页1.一种高吸收、宽光谱黑硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括：对硅衬底进行黑硅化处理，得到黑硅，所述黑硅表面具有尖锥阵列；向黑硅表面溅射沉积TiN纳米颗粒。2.如权利要求1所述的一种高吸收、宽光谱黑硅复合材料的制备方法，其特征在于，黑硅表面沉积的TiN纳米颗粒的尺寸为20nm‑80nm。3.如权利要求1所述的一种高吸收、宽光谱黑硅复合材料的制备方法，其特征在于：所述硅衬底为电阻率为3000‑6000Ωcm的本征硅。4.如权利要求1所述的一种高吸收、宽光谱黑硅复合材料的制备方法，其特征在于，采用飞秒激光法进行黑硅化处理。5.如权利要求1所述的一种高吸收、宽光谱黑硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅衬底为进行处理的衬底，处理过程为：采用RCA标准清洗法对硅衬底进行清洗；清洗完成后，将清洗后的硅衬底置于氢氟酸溶液中浸泡清洗，超声冲洗，氮气气氛吹干。6.如权利要求1所述的一种高吸收、宽光谱黑硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述黑硅化处理过程为：4将硅衬底放入真空腔内，抽真空，通入SF6气体，保持腔内气体压强为1×10Pa～10×104Pa；飞秒激光扫描刻蚀，条件为：光通量1kJ/m2～10kJ/m2，扫描速度1mm/s～10mm/s，扫描间距0.01mm～0.04mm，光斑半径0.04mm。7.如权利要求1所述的一种高吸收、宽光谱黑硅复合材料的制备方法，其特征在于，在溅射沉积前对黑硅进行清洗，清洗过程为：将黑硅置于氢氟酸中清洗，超声清洗，氮气吹干，得到黑硅样品。8.如权利要求7所述的一种高吸收、宽光谱黑硅复合材料的制备方法，其特征在于，向黑硅表面溅射沉积TiN纳米颗粒的过程为：将黑硅样品置于热蒸发仪器中，真空蒸镀溅射TiN纳米颗粒，真空蒸镀的条件为：真空蒸镀室气压为10‑3Pa，平均沉积速率为沉积时间为400s～800s，在黑硅表面沉积形成20nm～80nm大小的TiN纳米颗粒。9.如权利要求1～8任一项所述的制备方法得到的黑硅复合等离子体材料。2CN114686806A说明书1/5页一种高吸收、宽光谱黑硅复合材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及光电探测技术领域，具体涉及一种高吸收、宽光谱黑硅复合材料及其制备方法。背景技术[0002]随着近红外增强探测技术的迅猛发展，及其在遥感、预警、制导、夜视和医疗诊断等领域展现出独特的应用优势，受到了人们广泛的关注。而具有高吸收、宽光谱特性的材料是制备近红外增强探测器的基础。其中硅材料具有资源丰富、成本低廉、易于掺杂并且基于硅材料的半导体加工技术尤为成熟这一些优点，所以在硅基材料上实现高吸收、宽光谱将具有重要意义。[0003]然而，硅材料一直存在着两个主要的问题：第一，硅材料的表面比较光滑，对入射光有着较高的反射率，从而使得硅基光电探测器的光吸收率不高，以至于探测器的响应性能不佳；第二，硅材料是间接带隙材料，有比较大的禁带宽度，对禁带宽度以下的光基本不吸收，由于这个问题，传统的硅基光电探测器在1310nm和1550nm这两个光通信窗口很难被使用。减小硅材料表面的反射率，同时拓宽硅材料在近红外的光谱吸收范围是很有必要的。为解决硅材料以上两个问题，目前多采用黑硅化的方法，制备的黑硅光电探测器的光电性能得到大大的改善，在近红外波段也可以有实际应用。