基于竖直排列半导体纳米线的光电探测器制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103681962103681962A(43)申请公布日2014.03.26(21)申请号201310591009.X(22)申请日2013.11.21(71)申请人中国科学院上海技术物理研究所地址200083上海市虹口区玉田路500号(72)发明人夏辉李天信姚碧霂卢振宇陈平平(74)专利代理机构上海新天专利代理有限公司31213代理人郭英(51)Int.Cl.H01L31/18(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图1页附图1页(54)发明名称基于竖直排列半导体纳米线的光电探测器制备方法(57)摘要本发明公开了一种基于竖直排列半导体纳米线的光电探测器制备方法，该方法的核心工艺包括：竖直排列纳米线的旋涂包裹支撑、低温热处理、电极的配置等。该方法对于半导体纳米线的尺寸、力学强度等没有特殊要求，因而将不仅仅局限于常规的Si、ZnO等耐冲击材料体系的的纳米线探测器制备，同时适于研发GaAs、InAs等III-V族以及其他材料体系的纳米线器件。另一方面所采用的低折射率旋涂介质以及低温热处理工艺等将有助于大幅提升纳米线器件的光电探测性能，这也是一直以来器件研发中所忽视的问题。该方法可以直接对外延生长的半导体纳米线进行器件制备，因此尤其适用于高灵敏度、大规模阵列型光电探测器的研发。CN103681962ACN1036892ACN103681962A权利要求书1/1页1.一种基于竖直排列半导体纳米线的光电探测器制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）对竖直排列纳米线进行绝缘旋涂包裹。采用机械旋涂的方法，旋涂介质的粘稠度应在300-500mPa之间，固化后介质的折射率小于纳米线的折射率；2）对旋涂介质的低温烘焙固化，温度小于150℃；3）通过抛光减薄纳米线及其支撑介质，使纳米线顶端裸露出来；4）第一次光刻，制备器件顶端透明电极的图形结构；5）蒸镀ITO透明电极、浮胶及退火，以作为竖直排列纳米线的顶端接触电极；6）第二次光刻，制备延伸电极的图形结构；7）蒸镀延伸金属电极、浮胶、退火，作为纳米线的电学测试用电极；8）试样基片形成欧姆接触，用来作为公共下电极。2CN103681962A说明书1/3页基于竖直排列半导体纳米线的光电探测器制备方法技术领域[0001]本发明涉及半导体低维结构光电探测器的制备方法，具体是指一种竖直排列纳米线光电探测器的制备方法。背景技术[0002]半导体纳米线因其独特的结构和光电特性，在光电探测和太阳能收集领域的研究获得了广泛的关注，其部分核心性能已经接近甚至超过经典薄膜材料。特别是自组织生长的竖直排列纳米线结构，由于“光学陷阱”等效应而具有极高的光吸收和转换效率，因而是新型高灵敏度、高效光电子器件的天然优异材质。[0003]而到目前为止，半导体纳米线光电探测器多数摒弃了纳米线天然的竖直排列结构，同时工艺过程中的电子束光刻、刻蚀、高温热处理等不可避免得会带来对纳米线的表面损伤，这些因素直接导致了纳米线光电探测性能的急剧下降。此外，当前国际上针对竖直排列纳米线结构已经开展的光电探测器研发，其工艺条件多是针对Si、ZnO等耐冲击材料体系，因而具有相当的局限性。[0004]本发明中将通过一些核心工艺：竖直排列纳米线的旋涂包裹支撑、低温热处理、电极的配置等的采用实现对自组织生长纳米线的探测器应用以及纳米线光电性能的实质性提升。发明内容[0005]当前基于竖直排列纳米线结构的光电探测器存在的不足可以概括为2方面：①对纳米线的包裹支撑等工艺只适用于Si、ZnO等耐冲击材料体系，缺乏普适性；②大量的高温热处理过程中对纳米线的损伤十分显著，从而带来器件性能的急剧下降。本发明针对这些问题，提供了一种普适的、高灵敏的半导体纳米线光电探测器制备方法。[0006]本方法中首先解决的是自组织生长纳米线的无损包裹支撑。自组织生长纳米线的竖直排列结构是一种天然的、亚微米波长的类周期结构，其对光波的增强耦合、吸收效应一直以来都受到了广泛的关注。为了实现对这种新结构的器件应用，如何提供必要的保护性支撑成为了当前攻关的难题。机械旋涂是半导体器件中常用的一种成膜工艺，在此被灵活得应用于对纳米线的致密包裹和支撑。旋涂介质的选择是关乎包裹成败的关键，其中介质粘稠度的配置又是核心。特别是对于一些力学强度较弱的材料体系，旋涂介质粘稠度的选取窗口更加狭窄。[0007]实际上包裹不仅仅是对纳米线的力学支撑，同时也是完善竖直排列纳米线的光电耦合结构、钝化纳米线表面进而固化纳米线电学特性的重要途径。其中要着重关注的问题包括2方面：①旋涂介质的烘焙应采用低温热处理过程，目的是避免高温对纳米线，尤其是纳米线表面的损伤。区别于体材料，纳米线的高表面体积比使