基于MOSFET源漏极光栅化THz探测器制备方法与流程

文档序号：17475714发布日期：2019-04-20 06:06阅读：123来源：国知局

本发明涉及探测器技术领域，尤其涉及金属栅mosfet源漏电极光栅化的thz探测器结构以及选择波段响应器件结构的制备方法，更具体的说，是涉及一种基于mosfet源漏极光栅化thz探测器制备方法。

背景技术：

太赫兹波是电磁波谱上介于微波与红外光之间的电磁波，其频率在0.1～10thz左右，波长对应3mm～30μm。太赫兹技术是目前信息科学技术研究的前沿与热点领域之一，近几年来，受到世界各国研究机构的广泛关注。美、日、欧等发达国家先后将太赫兹技术评定为“改变未来世界的十大技术”和“国家支柱技术十大重点战略目标”，投入巨资来夯实在太赫兹领域的国际地位。太赫兹具备广泛的应用前景，在天体物理学、材料科学、生物医学、环境科学、光谱与成像技术、信息科学技术等领域有着广泛的技术应用。太赫兹技术能够显著提升我国在航空航天、空间通信、生物医疗、甚至是食品检测等方面的实力。而作为太赫兹应用基础的太赫兹探测器是太赫兹安防、检测的关键部件。

在太赫兹频段由于任何导体引线都会带来极其严重的寄生效应，使得绝大多数基于iii-v/ii-vi族工艺的探测器性能难以控制，甚至出现不工作的情况，从而制约了这类太赫兹探测器的实用化。发展基于cmos兼容工艺的室温太赫兹探测器及太赫兹源是太赫兹探测和阵列成像实现低成本、大规模推广的基础。

在外光场辐射下，金属与传输载流子的等离子体共振效应有利于实现器件对外场的响应，通过光刻、纳米压印和人工微结构材料的调控引入周期可调且具有各种不同图案形式的光栅结构替代原有金属栅mosfet的源漏极，实现由cmos兼容的低维半导体材料(如纳米线)制备的源漏极光栅化，使源漏极与太赫兹波产生共振，增强等离子体谐振效应，可以拓展探测器在太赫兹波段的响应范围，进一步提高探测器的探测灵敏度，实现窄带(甚至点频)太赫兹探测。

因此，基于mosfet源漏极光栅化thz探测器的制备方法具有重要的意义，目前该方法尚未被提出。

技术实现要素：

本发明提供一种基于mosfet源漏极光栅化thz探测器制备方法，该方法制备工艺成熟可控，有利于实现探测器的集成化量产，并缩减太赫兹探测器的成本。通过该方法制备的太赫兹探测器，在探测的过程中，可利用光栅化的金属源漏极与cmos沟道间的增强plasmonic谐振效应，提高探测器的响应速度；可通过改变源漏极的光栅化结构参数(光栅的宽度、长度、区域面积、周期和图案形式)来调控对应的太赫兹波的吸收频段和吸收强度，实现探测器在太赫兹波段响应范围的拓展，从而提高探测器的探测灵敏度，实现窄带(甚至点频)太赫兹探测。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明基于mosfet源漏极光栅化thz探测器制备方法，在基于cmos的thz探测器源漏极制备过程中，用微/纳米技术构筑微米或纳米级光栅阵列结构型源漏极；通过对源漏极光栅化结构参数(光栅的宽度、长度、区域面积、周期和图案形式)的调节来实现对不同波段thz辐射进行选择性响应和探测；具体包括以下步骤：

第一步：在硅基底上依次通过光刻、离子注入、去胶、氧化物生长、牺牲层沉积、刻蚀、源漏区离子注入，制备出thz探测器底部器件；

第二步：在第一步中所得thz探测器底部器件上通过掩膜版光刻刻蚀手段制备出符合要求的源极光栅结构和漏极光栅结构；

第三步：将第二步中的源极光栅结构和漏极光栅结构分别利用电子束蒸发制备出沉积厚度满足预期的源极层和漏极层，完成器件的源漏极光栅化；

第四步：将第三步中完成源漏极光栅化的器件进一步蒸镀栅极层；完成thz探测器器件制备。

所述源极光栅结构和漏极光栅结构均为周期可调且具有各种不同图案形式的金属阵列化结构，周期尺度均为100纳米到50微米，源漏极金属层厚度均为5纳米到200纳米，源漏极金属为钛、金、钨中任选一种或两种，金属阵列化结构的区域面积区间均为100平方微米到3平方毫米；所述源极光栅结构和漏极光栅结构中的光栅宽区间均为20纳米到10微米，光栅长区间均为1微米到2毫米。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明基于硅基cmos工艺，便于与后端电路集成，易于实现大规模量产，进而缩减探测器成本。

(2)本发明通过调节光栅结构参数实现thz响应波段可调。

(3)本发明采用光栅化金属栅mosfet源漏极的方法可降低空间中微弱的太赫兹信号与源漏区金属结构激发出来的等离子体在传播过程中的扩散和损耗问题。

(4)本发明可利用光栅对光的谐振原理等调控作用，使光栅化的源漏极与太赫兹波产生共振，从而提高光电转换效率。

附图说明

图1是两种具有周期性光栅化源漏极结构及不同光栅图案形式的金属栅mosfet示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1是两种具有周期性光栅化源漏极结构及不同光栅图案形式的金属栅mosfet示意图。

本发明基于mosfet源漏极光栅化thz探测器制备方法，在基于cmos的thz探测器源漏极制备过程中，用微/纳米技术构筑微米或纳米级光栅阵列结构型源漏极；通过对源漏极光栅化结构参数(光栅的宽度、长度、区域面积、周期和图案形式)的调节来实现对不同波段thz辐射进行选择性响应和探测。具体实现过程如下：

第一步：在硅基底上依次通过光刻、离子注入、去胶、氧化物生长、牺牲层沉积、刻蚀、源漏区离子注入，制备出thz探测器底部器件。其中，所述硅基底采用晶圆级硅片。

第二步：在第一步中所得thz探测器底部器件上通过掩膜版光刻刻蚀手段制备出符合要求的源极光栅结构和漏极光栅结构。

第三步：将第二步中的源极光栅结构和漏极光栅结构分别利用电子束蒸发制备出沉积厚度满足预期的源极层和漏极层，完成器件的源漏极光栅化。

第四步：将第三步中完成源漏极光栅化的器件进一步蒸镀栅极层。完成thz探测器器件制备。

在上述过程中，所述源极光栅结构和漏极光栅结构均为周期可调且具有各种不同图案形式的金属阵列化结构，周期尺度均为100纳米到50微米，源漏极金属层厚度均为5纳米到200纳米，源漏极金属为钛、金、钨中任选一种或两种，金属阵列化结构的区域面积区间均为100平方微米到3平方毫米；所述源极光栅结构和漏极光栅结构中的光栅宽区间均为20纳米到10微米，光栅长区间均为1微米到2毫米。

实施例1