一种新型IV-VI族半导体晶圆级薄膜及其制备方法

本申请涉及半导体材料领域，具体而言，涉及一种新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、半导体材料与技术在光电探测领域的发展越来越面向多信息多维度的多元化探测场景。偏振光探测技术在传统探测光波段与强度信息的基础上，增加了探测的光波角度与相位的信号，增加了探测的维度。传统偏振光探测器的构型是在探测器前增设光的检偏波片或金属光栅，以实现光波的角度分辨，此模式极大的限制了偏振探测器的探测波段与微型化发展。发展具有偏振敏感性的宽光谱材料，同时具备高速的光响应特性与优良的化学稳定性是研究重点。层状iv-vi族半导体，包括sns、snse、ges、gese等，是一类新兴的半导体材料群体，具有低的结构对称性，天然的偏振光敏感性，是新型偏振光探测器的首选材料。

2、目前，通常制得的iv-vi族半导体薄膜的尺度仅为数微米，晶圆级iv-vi族半导体薄膜的实验制备仍未实现，从而约束了对该材料的进一步应用。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的在于提供一种新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜及其制备方法，其能够制得晶圆级iv-vi族半导体薄膜，并且制得的iv-vi族半导体晶圆级薄膜厚度可控且均一。

2、第一方面，本申请实施例提供一种新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜的制备方法，其中iv-vi族半导体为mx，其中m包括ge或sn，x包括s或se，制备方法包括：

3、在衬底的表面物理气相沉积前驱体膜层，前驱体膜层包括m膜以及分散于m膜中的x颗粒；

4、在前驱体膜层的表面利用原子层沉积法形成盖层，获得中间体，其中盖层的生长温度≤200℃，盖层与衬底连接并形成容置前驱体膜层的限域空间；

5、在常压惰性氛围下，使中间体先升温至220-280℃低温热处理1-5h，接着升温至iv-vi族半导体的生长温度并高温热处理至少3h，随后自然冷却，其中盖层的熔点高于iv-vi族半导体的生长温度。

6、本申请提供的新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜的制备方法，利用盖层构筑限域空间，使iv-vi族半导体薄膜在限域空间中生长，利用限域空间对iv-vi族半导体薄膜的三维生长形成物理限制，有利于获得超薄、厚度均匀、结晶良好的新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜。

7、在一些可能的实施例中，iv-vi族半导体为gese，生长温度为350-400℃；或，

8、iv-vi族半导体为snse，生长温度为420-480℃；或，

9、iv-vi族半导体为ges，生长温度为400-500℃；或，

10、iv-vi族半导体为sns，生长温度为550-600℃。

11、在一些可能的实施例中，物理气相沉积包括磁控溅射，磁控溅射的靶材为mx化合物和x单质，其中，x单质的成分与mx化合物中的x成分相同，1:1＜靶材中m与x的摩尔比≤1：1.2。

12、在一些可能的实施例中，新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜为gese，新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜的尺寸大于等于2英寸，制备方法包括：升温至生长温度大于360℃且小于等于400℃的条件下高温热处理至少24h。

13、在一些可能的实施例中，衬底为<10-10>面石英衬底、<11-20>面石英衬底、m面蓝宝石衬底或a面蓝宝石衬底。

14、可选地，制备方法包括：在衬底的表面物理气相沉积前驱体膜层之前，将清洗后的衬底在空气氛围中在800-1100℃退火6-8h。

15、在一些可能的实施例中，m膜的厚度为1-10nm。

16、在一些可能的实施例中，盖层的材质为金属氧化物；

17、可选地，盖层的材质为氧化铝或氧化铪。

18、在一些可能的实施例中，盖层的厚度为30nm-50nm。

19、在一些可能的实施例中，制备方法还包括在自然冷却后去除盖层。

20、第二方面，本申请实施例提供一种新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜，其由本申请第一方面提供的制备方法制得，其中，新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜的厚度为2nm-30nm。

21、通过上述制备方法制得的新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜，其不仅尺寸可调且可高达6英寸，而且厚度均匀且可调。

22、可选地，新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜的尺寸为1-6英寸。

技术特征：

1.一种新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜的制备方法，其特征在于，所述iv-vi族半导体为mx，其中m包括ge或sn，x包括s或se，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述iv-vi族半导体为gese，所述生长温度为350-400℃；或，

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述物理气相沉积包括磁控溅射，所述磁控溅射的靶材为mx化合物和x单质，其中，x单质的成分与mx化合物中的x成分相同，1:1＜所述靶材中m与x的摩尔比≤1：1.2。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜为gese，所述新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜的尺寸大于等于2英寸，所述制备方法包括：升温至所述生长温度大于360℃且小于等于400℃的条件下高温热处理至少24h。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述衬底为<10-10>面石英衬底、<11-20>面石英衬底、m面蓝宝石衬底或a面蓝宝石衬底；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述m膜的厚度为1-10nm。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述盖层的材质为金属氧化物；

8.根据权利要求1-4任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述盖层的厚度为30nm-50nm。

9.根据权利要求1-4任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在自然冷却后去除所述盖层。

10.一种新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜，其特征在于，由权利要求1-9任意一项所述的制备方法制得，其中，所述新型iv-vi族半导体晶圆级薄膜的厚度为2nm-30nm；

技术总结本申请提供一种新型IV‑VI族半导体晶圆级薄膜及其制备方法，涉及半导体材料领域。制备方法包括：在衬底的表面物理气相沉积前驱体膜层，前驱体膜层包括M膜以及分散于M膜中的X颗粒，M包括Ge或Sn，X包括S或Se。在前驱体膜层的表面利用原子层沉积法形成盖层，获得中间体，其中盖层的生长温度≤200℃，盖层与衬底连接并形成容置前驱体膜层的限域空间；在常压惰性氛围下，使中间体先升温至220‑280℃低温热处理1‑5h，接着升温至IV‑VI族半导体的生长温度并高温热处理至少3h，其能够制得厚度可控且均一的晶圆级IV‑VI族半导体薄膜。技术研发人员：刘开辉,周子琦,魏钟鸣,刘灿受保护的技术使用者：北京大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29