一种晶圆级自支撑CdTe薄膜的制备方法

一种晶圆级自支撑cdte薄膜的制备方法
1.技术领域
2.本发明涉及光电半导体薄膜制造领域，具体为一种晶圆级自支撑cdte薄膜的制备方法。


背景技术：

3.cdte是一种立方闪锌矿结构的半导体，cdte薄膜的制备方式一般采用传统的基板材料进行外延生长。第一种是在硅、锗、砷化镓等失配较大的立方晶体上沿相同晶向外延生长cdte，但是由于二者之间巨大的晶格失配，导致界面处晶格畸变严重，导致这些基板上的cdte薄膜存在大量位错、层错等缺陷，严重影响了薄膜晶体质量。第二种是在六方晶系的蓝宝石基板上沿立方晶胞体对角线方向外延生长cdte，沿该方向生长的cdte与蓝宝石基板的面内晶格常数相近，因而生长的cdte薄膜质量相对较好。然而，直接在蓝宝石基板上外延生长的cdte薄膜与当今主流的硅基集成电路工艺难以直接兼容，且基板与cdte薄膜间存在强作用力，难以将cdte薄膜转移集成到硅基电子器件中，这限制了其在半导体领域的应用，因此需要设计新的制备方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是：针对现有技术的不足而提供的一种晶圆级自支撑cdte薄膜的制备方法，在二维材料/蓝宝石基板上外延生长了cdte薄膜，具有较好晶体质量和连续性，该方法可以利用二维材料/蓝宝石基板间的弱范德华作用力，通过剥离-热释放的方法，可以将自支撑cdte薄膜自由转移到任一基板上。解决了高质量cdte薄膜与硅基电子器件的兼容性差的问题并广泛适用于其他柔性电子器件。
5.实现本发明目的的具体技术方案：一种晶圆级自支撑cdte薄膜的制备方法，包括以下步骤：选择合适的二维材料/蓝宝石基板并进行预处理获得洁净表面，将处理好基板组装后传送至分子束外延系统中，控制分子束外延工艺在二维材料/蓝宝石基板上外延生长cdte薄膜；通过剥离-热释放的方式，获得所述的晶圆级自支撑cdte薄膜。
6.所述的二维材料为石墨烯、二硫化钼、二碲化钼中的一种；二维材料为单层结构。
7.所述的预处理获得洁净表面，是通过丙酮、无水乙醇、去离子水清洗二维材料/蓝宝石基板后，在氮气气氛保护下，通过100℃加热60min后获得。
8.所述的基板组装是将二维材料/蓝宝石基板和基板加热支架通过熔融金属焊接，其中：熔融金属为金属铟或铅锡合金。
9.所述的cdte薄膜是通过分子束外延的方式制备的，其中：分子束外延的束源采用纯度为7n级以上的cdte和te源，其束流等效压强比控制为cdte∶te=1∶0.5~0.7，分子束外延系统中加热丝的温度控制为280~320℃，生长时间控制在10-90min之间，外延生长的cdte薄
膜的厚度为50-500nm，薄膜的面外晶向沿[111]方向，薄膜尺寸为0.5cm
×
0.5cm~1cm
×
1cm。
[0010]
所述的剥离-热释放是通过热释放胶带将外延生长的cdte薄膜从二维材料/蓝宝石基板上剥离，再通过加热的方式去除热释放胶带将cdte薄膜转移到任一基板上，即获得了自支撑cdte薄膜。其中：所述的热释放胶带为聚二甲基硅氧烷，加热除去热释放胶带的温度设置为90~110℃，加热时间为3~5min。
[0011]
本发明提供的cdte薄膜的生长方法利用cdte与蓝宝石基板间匹配的晶格常数，使cdte容易在其上成核，再利用二维材料的表面弱范德华作用力，以隔离cdte和蓝宝石基板间的强相互作用力，最终在二维材料/蓝宝石基板上获得高质量连续的自支撑cdte薄膜，该cdte薄膜可以通过剥离-加热释放转移的方式，转移到任一基板上。
[0012]
相比于现有技术，通过本发明得到的cdte薄膜具有高质量、大面积连续的特点，能够脱离于原生基板，并转移到任一其他基板上，适配于主流的硅基集成电路，解决了硅基板上异质外延cdte薄膜缺陷大、质量差的问题。
附图说明
[0013]
图1为本发明提供的自支撑cdte薄膜的制备流程图；图2为本发明制备的晶圆级自支撑cdte薄膜的实物图；图3为本发明制备的晶圆级自支撑cdte薄膜的扫描电子显微镜图像图；图4为本发明制备的晶圆级自支撑cdte薄膜在蓝宝石基板上和通过剥离-热释放转移至硅基板后的高分辨x射线衍射谱图。
具体实施方式
[0014]
为了明确本发明的目的和技术优势，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的具体实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，均属于本发明的保护范围。
实施例
[0015]
本发明实施例提供了一种晶圆级自支撑cdte薄膜的制备方式，结合附图1所示，包括以下步骤：步骤1：提供二维材料/蓝宝石基板，清洗以获得洁净表面。具体操作为用丙酮、无水乙醇和去离子水分别充分冲洗二维材料1/蓝宝石基板2表面，随后在氮气保护的气氛内加热100℃烘烤60min，除去表面水汽。
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步骤2：将二维材料1/蓝宝石基板2和基板加热支架组装。具体操作为先将基板加热支架加热至约180℃，随后取0.2g金属铟或铅锡合金放置在基板加热支架表面，待金属完全熔化后，用钨片将熔融金属均匀涂抹，再将基板的蓝宝石侧平移至熔融金属上，反复推拉使基板与熔融金属充分接触，关闭板加热温度，即组装完毕。
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步骤3：对二维材料1/蓝宝石基板2进行真空预处理。具体操作为将组装好的基板和加热支架传送至分子束外延系统的预处理室中，在真空度为10-9
torr条件下加热基板至200℃，加热120min，除去基板传输过程中吸附在表面的杂质分子。
[0018]
步骤4：外延生长自支撑cdte薄膜3。具体操作为基板传送至分子束外延系统的生长室，并加热到280℃~320℃，开启机械马达使基板加热支架以0.1r/s的转速匀速转动，再将装有cdte和te源的坩埚分别加热，通过控制坩埚加热温度，控制束流等效压强比cdte∶te=1∶0.5~0.7，待状态稳定后，打开分子束主挡板，即开始外延生长cdte薄膜3，控制生长时间，可以获得不同厚度的薄膜。
[0019]
步骤5：剥离-转移晶圆级自支撑cdte薄膜。具体操作为，将cdte薄膜3/二维材料1/蓝宝石基板2从加热支架上取下，将热释放胶带4聚二甲基硅氧烷紧密贴合在cdte薄膜3表面，一起放入去离子水中浸泡24h，利用水分子破坏cdte和基板间的弱范德华作用，使cdte薄膜和基板分离，再将粘有cdte薄膜面的热释放胶带4粘贴在硅基板上，并在90~100℃加热3~5min即破坏热释放胶带4的粘性，获得了自支撑cdte薄膜，其实物参阅图2所示，扫描电子显微镜图像参阅图3所示。
[0020]
参阅图4，为本发明制备的晶圆级自支撑cdte薄膜在蓝宝石基板上和通过剥离-热释放转移至硅基板后的高分辨x射线衍射谱，从图中可以看出：通过分子束外延系统在二维材料1/蓝宝石基板2上生长的cdte薄膜3为单晶薄膜，晶体生长方向沿[111]方向；转移前后的cdte的衍射峰位没有变化，保持了生长后的晶体学性质。
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通过本实施例制备的晶圆级自支撑cdte薄膜为单晶薄膜，外延方向为沿[111]晶向，且薄膜高度连续，由于二维材料界面的弱范德华力，单晶cdte薄膜容易从原生基板上剥离，可以转移到其他任意基板上。与主流硅基电子电路相兼容，并且适用于多种柔性电子设备需求。
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本实施例仅为清楚说明被发明所作的举例，并非对实施方式的限定，本领域技术人员应当理解，本发明的范围包括并不限于上述实施例，在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，以其他形式对其做出的各种改变，均包含在本发明的保护范围内。