一种具有亚波长结构蓝光探测芯片的制备方法

1.本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种具有亚波长结构蓝光探测芯片的制备方法。


背景技术：

2.可见光通信(vlc)技术是指利用可见光波段的光作为信息载体，无需光纤等有线信道的传输介质，在空气中直接传输光信号的通信方式。该通信技术耗能低，绿色环保，安全性高等特点，vlc系统主要由信号调制编码、光源发射、光源传输、光信号接收、和信号解调等部分组成，其中将光信号转换成电信号的接收端是vlc系统的重要环节之一，接收器性能的好坏也会直接影响整个系统的优劣。传统的vlc接收系统是由光学部分和电学部分组成，其中光学部分包括接收端光学天线、滤波片和探测芯片。光学天线主要实现对发射光的光束整形，使得光线精确地向接收系统发射。滤波片的作用主要是去除杂散光以及无加载信号的其他波段可见光。探测芯片是接收系统的主要部分，作用就是将光信号转换成电信号。目前商用可见光探测器的光谱响应范围在320nm-730nm，灵敏度波峰在560nm左右，但是，承载信号的可见光是单色光，其他可见光就都成了干扰光，而探测器的响应波长范围大，就会使探测器的噪声增加，继而探测器的性能也会受到干扰，所以，在探测芯片前通常要附加一个滤波片，滤波片虽然可以滤掉大部分的干扰光和杂散光，但是根据滤波片过滤光的程度会使得入射光的光强发生变化，滤波片滤光效果好，入射光光强会随之减弱，同样会使得探测器的性能降低，现有的方案并没有解决实际的问题，导致蓝光的吸收效率不理想。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有亚波长结构蓝光探测芯片的制备方法，通过该制备方法制作的具有亚波长结构蓝光探测芯片能够在过滤大部分杂光的同时提高对蓝光的吸收效率。
4.为实现以上发明目的，本发明的技术方案包括以下步骤：
5.s1、选取二氧化硅片，对二氧化硅片依次进行超声清洗处理和烘干处理；
6.s2、基于真空环境下，对二氧化硅片进行蒸镀处理，生成铝金属层；
7.s3、在铝金属层上表面沉积硅层，并通过光刻工艺与离子注入法对硅层进行处理，生成不同掺杂的硅外延层和二氧化硅圆柱阵列；
8.s4、通过光刻工艺与镀膜工艺制备金微纳结构阵列，制备具有亚波长结构蓝光探测芯片。
9.进一步，所述二氧化硅片的厚度为0.5μm～50μm。
10.进一步，所述选取二氧化硅片，对二氧化硅片依次进行超声清洗处理和烘干处理这一步骤，其具体包括：
11.s11、选取二氧化硅片，通过清洗液对二氧化硅片进行超声清洗处理，得到清洗后
的二氧化硅片；
12.s12、通过氮气对清洗后的二氧化硅片进行吹干处理，得到吹干后的二氧化硅片；
13.s13、将吹干后的二氧化硅片放入真空烘箱进行烘干处理。
14.进一步，所述铝金属层厚度为10nm～500nm。
15.进一步，所述在铝金属层上表面沉积硅层，并通过光刻工艺与离子注入法对硅层进行处理，生成不同掺杂的硅外延层和二氧化硅圆柱阵列这一步骤，其具体包括：
16.s31、在沉积炉内，通过离子体增强化学的气相沉积法在铝金属层上表面沉积硅层；
17.s32、通过光刻工艺与离子注入法对硅外延层进行处理，生成不同掺杂的硅外延层和二氧化硅圆柱阵列。
18.进一步，所述硅层包括p
+
型硅外延层、p型硅外延层、i型本征硅外延层、n
+
型硅外延层和n型硅外延层中的几种组合而成，所述硅外延层的组合方向包括垂直方向和水平方向，所述硅层的厚度为1μm～10μm。
19.进一步，所述硅外延层组合方向为水平方向时，还包括对铝金属层利用光刻工艺旋涂保护层，并进行硅烷热分解处理在铝金属层表面沉积绝缘二氧化硅层，处理后再去除保护层。
20.进一步，所述二氧化硅圆柱阵列的厚度为1μm～10μm，半径为50nm～300nm，周期为300nm～500nm。
21.进一步，所述镀膜工艺包括蒸发镀膜、磁控溅射和电铸方法。
22.进一步，所述金微纳结构包括柱形、环形和条形，所述金微纳结构阵列的周期为20nm～800nm，柱形半径为5nm～100nm，环形内环半径为2nm～100nm，环形外环半径为5nm～400nm，条形的宽度为5nm～100nm，条形的长度为300nm～500nm。
23.本发明方法的有益效果是：本发明的制作方法是通过将微光电子机械系统(moems)工艺与等离子体增强化学气相沉积法(pecvd)、磁控溅射、蒸发镀膜等工艺相结合，moems工艺的批量化和高集成度的特点可以使二氧化硅柱阵列与金微纳结构阵列具有较好的均匀性和一致性，同时集成制备既适合大批量阵列的制作又可以提高工作效率，本发明通过离子注入法在硅层内部制备二氧化硅圆柱阵列，通过改变二氧化硅柱阵列的参数，提高探测芯片对入射可见光的反射效率和对可见光波段的选择性，进一步通过蒸镀方法在硅层上表面制备金微纳结构阵列，提高对入射可见光中蓝光的吸收效率，能够在过滤大部分杂光的同时不增加探测器系统的体积。
附图说明
24.图1是本发明一种具有亚波长结构蓝光探测芯片的制备方法流程图；
25.图2是本发明一种具有亚波长结构蓝光探测芯片的制备方法中硅层沿垂直方向排列的纵向剖面图；
26.图3是本发明一种具有亚波长结构蓝光探测芯片的制备方法中硅层沿水平方向排列的纵向剖面图；
27.图4是本发明一种具有亚波长结构蓝光探测芯片中硅外延层沿垂直方向(p
+
→
p
→
p
+
→
p
→n+
)排列的制作工艺流程图；
28.图5是本发明一种具有亚波长结构蓝光探测芯片中硅外延层沿垂直方向(n
+
→n→n+
→n→
p
+
)排列的制作工艺流程图；
29.图6是本发明一种具有亚波长结构蓝光探测芯片中硅外延层沿垂直方向(n
+
→i→
p
+
)排列的制作工艺流程图；
30.图7是本发明一种具有亚波长结构蓝光探测芯片中硅外延层沿水平方向(n
+
→n→n+
→n→
p
+
)排列的制作工艺流程图；
31.图8是本发明一种具有亚波长结构蓝光探测芯片中硅外延层沿水平方向(n
+
→i→
p
+
)排列的制作工艺流程图。
32.附图标记：1、基底；2、铝金属层；3、p
+
型硅外延层；4、p型硅外延层；5、n
+
型硅外延层；6、n型硅外延层；7、i型本征硅外延层；8、金微纳结构阵列；9、二氧化硅圆柱阵列；10、绝缘二氧化硅层。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
34.参照图1，本发明提供了一种具有亚波长结构蓝光探测芯片的制备方法，包括以下步骤：
35.s1、选取二氧化硅片，对二氧化硅片依次进行超声清洗处理和烘干处理；
36.具体地，所述二氧化硅片的厚度为0.5μm～50μm，所述烘干处理过程为先通过氮气对二氧化硅片进行吹干处理，再通过真空烤箱对二氧化硅片进行烘干处理。
37.s2、基于真空环境下，对二氧化硅片进行蒸镀处理，生成铝金属层2；
38.具体地，所述铝金属层2厚度为10nm～500nm。
39.s3、在铝金属层上表面沉积硅层，并通过光刻工艺与离子注入法对硅外延层进行处理，生成不同掺杂的硅外延层和二氧化硅圆柱阵列9；
40.具体地，所述等离子体增强化学的气相沉积法具体过程为，在沉积炉内通过气相沉积法在铝金属层2上表面进行沉积处理，得到硅层，所述硅层包括p
+
型硅外延层3、p型硅外延层4、i型本征硅外延层7、n
+
型硅外延层5和n型硅外延层6中的几种组合而成，组合方向包括垂直方向和水平方向，所述硅层的厚度为1μm～10vm，所述硅外延层组合方向为水平方向时，还包括对铝金属层利用光刻工艺旋涂保护层，并进行硅烷热分解处理在铝金属层表面沉积一层绝缘二氧化硅层，处理后再去除保护层。
41.s4、通过光刻工艺与镀膜工艺制备金微纳结构阵列8，制备具有亚波长结构蓝光探测芯片。
42.具体地，所述二氧化硅圆柱阵列9的厚度为1μm～10μm，半径为50nm～300nm，周期为300nm～500nm，所述镀膜工艺包括蒸发镀膜、磁控溅射和电铸方法，所述金微纳结构包括柱形、环形和条形，所述金微纳结构阵列8的周期为20nm～800nm，柱形半径为5nm～100nm，环形内环半径为2nm～100nm，环形外环半径为5nm～400nm，条形的宽度为5nm～100nm，条形的长度为300nm～500nm。
43.通过本发明方法制备得到的具有亚波长结构蓝光探测芯片参照图2和图3；
44.本发明的制备方法如下所示：
45.具体实施例一
46.参照图4，选取二氧化硅片作为芯片的基底1，将芯片放入清洗液中进行超声清洗，用氮气吹干，最后放入真空烘箱进行烘干，得到二氧化硅基底，再分别利用抛光液、醇醚混合液进行基底1表面的擦拭，然后快速放入真空室中，进行蒸镀，蒸镀时真空室内的压强要尽可能低一些，以减少铝的氧化，同时不能对基底1进行加温处理，对芯片进一步的清洁，并放入pecvd沉积炉内，通过等离子体增强沉积1μm～10μm硅层，沉积每层外延层需要pecvd沉积与离子注入相结合完成，硅层外延层的垂直排列方向为p
+
→
p
→
p
+
→
p
→n+
，每层外延层制作前都需将芯片进行彻底清洁，然后在硅层表面通过moems工艺技术光刻出二氧化硅柱阵列的掩膜图形，moems工艺的批量化和高集成度的特点可以使二氧化硅柱阵列与金微纳结构阵列8具有较好的均匀性和一致性，同时集成制备既适合大批量阵列的制作又可以提高工作效率，然后利用离子注入工艺制作二氧化硅柱阵列，去除掩膜层，其中掩膜材料可以是金属、光刻胶、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷等材料。对芯片再一次清洁处理，然后在硅上表面旋涂保护层，利用光刻工艺制作掩膜图形，最后利用蒸发镀膜、磁控溅射及电铸等方法制备金微纳结构阵列8，最后去除保护层，得到具有亚波长结构的蓝光探测芯片。
47.具体实施例二
48.参照图5，制备方法与具体实施例一相同，区别点在于所述硅层外延层的垂直排列方向还包括：n
+
→n→n+
→n→
p
+
。
49.具体实施例三
50.参照图6，制备方法与具体实施例一相同，区别点在于所述硅层外延层的垂直排列方向还包括：n
+
→i→
p
+
。
51.具体实施例四
52.参照图7，制备方法与具体实施例一相同，区别点在于所述硅层外延层的水平排列方向还包括：n
+
→n→n+
→n→
p
+
。
53.具体实施例五
54.参照图8，制备方法与具体实施例一相同，区别点在于所述硅层外延层的水平排列方向还包括：n
+
→i→
p
+
。
55.本发明的技术方案如下所示：
56.moems工艺的批量化和高集成度的特点可以使二氧化硅柱阵列与金微纳结构阵列8具有较好的均匀性和一致性，同时集成制备既适合大批量阵列的制作又可以提高工作效率，本发明制作的具有亚波长结构蓝光探测芯片的结构可以有效的减弱蓝光在探测芯片表面的反射率以及探测芯片的透射率，同时增强其他波段可见光在芯片表面处的反射率，设置在芯片上表面的金微纳结构与硅层界面处激发等离激元模式，以及硅层内的二氧化硅柱与空气和铝金属层2之间激发的导膜、基膜和腔膜，各种类型的模式之间的相互耦合，从而改变了芯片对可见光的反射、投射和吸收，芯片上表面的金微纳结构远小于入射波长，所以激发的是局域表面等离激元，可以提高芯片的吸收率，同时空气、硅层和铝金属层2构成了类似光纤结构，进而继续增强硅对蓝光的吸收，所以新型探测芯片改变波长选择性的同时也提高了蓝光的吸收率，从而提高了器件的量子效率以及响应度。
57.上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的
功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
58.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。