【技術實現步驟摘要】
本申請涉及半導體，具體涉及一種碳基半導體薄膜材料的制備方法。
技術介紹
1、碳基材料具有優良的力學、電學、熱力學等性能，廣泛應用于航空、核電、光伏、電子等領域。將半導體與碳基材料進行異質集成，可進一步釋放半導體在功率、射頻等領域的應用潛力。目前的異質集成方法主要有異質鍵合和異質外延。異質鍵合由于碳基材料本身原因，通常與晶圓的鍵合強度較低，難以支持后續器件制備工藝。而異質外延則存在晶格失配、熱失配、生長缺陷等一系列問題。而轉印方法則可以避開這些難題，更加容易實現半導體與碳基材料大規模的晶圓級異質集成。在常規轉印過程中，犧牲層釋放需要通過將半導體薄膜圖案化來提供通孔，從而極大地限制了轉移薄膜的尺寸。因此，亟需一種新的碳基半導體材料的制備方法，以突破半導體薄膜轉印尺寸的限制，進而實現大面積半導體異質集成材料的制備。
技術實現思路
1、為了解決上述技術問題，本申請提出了一種碳基半導體薄膜材料及其制備方法，進一步釋放半導體材料在功率、射頻等領域的應用潛力。
2、一方面，本申請實施例提供了一種碳基半導體薄膜材料的制備方法，制備方法包括：
3、提供經過離子注入的半導體和表面具有介質層的硅基襯底；
4、將經過離子注入的半導體與表面具有介質層的硅基襯底，沿介質層進行鍵合處理，得到硅基半導體材料；硅基半導體材料從上至下依次包括半導體層、介質層和硅基襯底；
5、對硅基襯底進行深硅刻蝕，得到用于去除介質層的通孔；
6、沿通孔對介質層進行刻蝕處理，
7、提供一碳基材料襯底，對半導體層進行轉印處理，以使半導體層從硅基襯底轉印至碳基材料襯底上，得到碳基半導體薄膜材料。
8、進一步地，上述將經過離子注入的半導體與表面具有介質層的硅基襯底，沿介質層進行鍵合處理，得到硅基半導體材料，包括：
9、在經過離子注入的半導體的表面制備相互平行的第一微流道，在介質層遠離硅基襯底的一側表面制備相互平行的第二微流道；經過離子注入的半導體包含離子注入形成的缺陷層；
10、將經過離子注入的半導體與表面具有介質層的硅基材料，沿第一微流道所在的表面，和第二微流道所在的表面進行鍵合，以使經過離子注入的半導體與表面具有介質層的硅基材料之間形成相互交互的通道，得到鍵合結構；
11、對鍵合結構進行退火處理，以使鍵合結構沿缺陷層進行剝離，得到預設硅基半導體材料；
12、對預設硅基半導體材料進行平坦化處理，得到硅基半導體材料。
13、進一步地，上述對硅基襯底進行深硅刻蝕，得到用于去除介質層的通孔，包括：
14、在硅基襯底表面的部分區域涂敷刻蝕掩膜，采用鈍化與刻蝕交替進行的方式，對硅基襯底上未涂敷刻蝕掩膜的區域進行深硅刻蝕，得到用于去除介質層的通孔。
15、進一步地，上述沿通孔對介質層進行刻蝕處理，以使介質層被去除，得到新的硅基半導體材料，包括：
16、在半導體層的表面涂敷保護膜；
17、沿通孔注入腐蝕劑，通過腐蝕劑對介質層進行刻蝕處理，以使介質層被去除；
18、去除半導體層表面的保護膜，得到新的硅基半導體材料。
19、進一步地，在上述提供一碳基材料襯底，對半導體層進行轉印處理，以使半導體層從硅基襯底轉印至碳基材料襯底上，得到碳基半導體薄膜材料之前，上述方法還包括：
20、制備預設濃度的可溶性膠黏劑溶液；
21、將可溶性膠黏劑溶液涂敷至基板上，固化處理后得到單層可溶性膠，將可溶性膠作為當前可溶性膠；
22、將可溶性膠黏劑溶液涂敷至當前可溶性膠上，固化處理后得到新的可溶性膠，將新的可溶性膠重新作為當前可溶性膠；
23、重復將可溶性膠黏劑溶液涂敷至當前可溶性膠上，固化處理后得到新的可溶性膠，將新的可溶性膠重新作為當前可溶性膠的操作，直至得到預設厚度的可溶性膠；可溶性膠用于對半導體層進行轉印處理。
24、進一步地，上述提供一碳基材料襯底，對半導體層進行轉印處理，以使半導體層從硅基襯底轉印至碳基材料襯底上，得到碳基半導體薄膜材料，包括：
25、在預設加熱溫度和預設加熱時間下，利用聚二甲基硅氧烷膠和可溶性膠，對半導體層進行檢索處理，以使半導體層和硅基襯底分離，得到帶有半導體層的可溶性膠；
26、以及利用聚二甲基硅氧烷膠和帶有半導體層的可溶性膠進行打印處理，以使半導體層從硅基襯底轉印至碳基材料襯底上，得到碳基半導體薄膜材料。
27、進一步地，在上述提供一碳基材料襯底，對半導體層進行轉印處理，以使半導體層從硅基襯底轉印至碳基材料襯底上，得到碳基半導體薄膜材料之后，上述方法還包括：
28、對碳基半導體薄膜材料在真空、保護氣氛下，進行高溫退火處理，以加強半導體層和碳基材料襯底之間的界面強度。
29、進一步地，上述介質層為氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、氧化鉿中的至少一種；
30、上述半導體為硅、鍺、碳化硅、鈮酸鋰、鉭酸鋰、砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、氧化鎵、氧化鋅、氮化鋁、金剛石的一種；
31、上述碳基材料襯底包括以碳原子為骨架的材料體系中的至少一種；
32、上述第一微流道和上述第二微流道的特征尺寸為10nm-10μm；
33、上述半導體層的表面粗糙度小于0.3nm，厚度為10nm-10μm；
34、上述介質層的厚度為1nm-10μm；
35、上述硅基襯底的厚度為50μm-500μm。
36、進一步地，上述深硅刻蝕的條件為：鈍化時氣體體積流量為50cm3/min-500cm3/min，功率為1000w-2000w，工藝時間為1s-60s；刻蝕時氣體體積流量為60cm3/min-600cm3/min，功率為1500w-2500w，工藝時間為1s-60s；
37、上述通孔的直徑為50-500微米，相鄰的上述通孔之間的距離50μm-500μm。
38、進一步地，上述預設濃度為2-20％；
39、上述單層可溶性膠的厚度為0.05mm-1mm；上述可溶性膠的厚度為0.1mm-10mm；
40、上述預設加熱溫度為50-200℃，上述預設加熱時間為0.1min-100min；
41、上述高溫退火處理的退火溫度100℃-1000℃，退火時間5min-50h。
42、另一方面，本申請實施例還提供了一種碳基半導體薄膜材料，通過上述一種碳基半導體薄膜材料的制備方法制備得到。
43、本申請實施例提供了一種碳基半導體薄膜材料的制備方法，首先通過鍵合經過離子注入的半導體和具有介質層的硅基襯底，得到硅基半導體材料，通過在硅基襯底上制備用于介質層釋放的通孔，為介質層釋放提供來自于支撐襯底的通孔，解決了現有技術中犧牲層釋放需要通過將半導體薄膜圖案化本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種碳基半導體薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述將所述經過離子注入的半導體與所述表面具有介質層的硅基襯底，沿所述介質層進行鍵合處理，得到硅基半導體材料，包括：
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述對所述硅基襯底進行深硅刻蝕，得到用于去除所述介質層的通孔，包括：
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述沿所述通孔對所述介質層進行刻蝕處理，以使所述介質層被去除，得到新的硅基半導體材料，包括：
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述提供一碳基材料襯底，對所述半導體層進行轉印處理，以使所述半導體層從所述硅基襯底轉印至所述碳基材料襯底上，得到碳基半導體薄膜材料之前，所述方法還包括：
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述提供一碳基材料襯底，對所述半導體層進行轉印處理，以使所述半導體層從所述硅基襯底轉印至所述碳基材料襯底上，得到碳基半導體薄膜材料，包括：
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，
8.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述介質層為氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、氧化鉿中的至少一種；
9.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述深硅刻蝕的條件為：鈍化時氣體體積流量為50cm3/min-500cm3/min，功率為1000W-2000W，工藝時間為1s-60s；刻蝕時氣體體積流量為60cm3/min-600cm3/min，功率為1500W-2500W，工藝時間為1s-60s；
10.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述預設濃度為2-20％；所述單層可溶性膠的厚度為0.05mm-1mm；所述可溶性膠的厚度為0.1mm-10mm；
...【技術特征摘要】
1.一種碳基半導體薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述將所述經過離子注入的半導體與所述表面具有介質層的硅基襯底，沿所述介質層進行鍵合處理，得到硅基半導體材料，包括：
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述對所述硅基襯底進行深硅刻蝕，得到用于去除所述介質層的通孔，包括：
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述沿所述通孔對所述介質層進行刻蝕處理，以使所述介質層被去除，得到新的硅基半導體材料，包括：
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在所述提供一碳基材料襯底，對所述半導體層進行轉印處理，以使所述半導體層從所述硅基襯底轉印至所述碳基材料襯底上，得到碳基半導體薄膜材料之前，所述方法還包括：
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述提供一碳基材料襯底，對所述半導體層進行轉印處理，以使所述半導體層從所述硅基襯底轉印...
【專利技術屬性】
技術研發人員：歐欣，趙天成，徐文慧，游天桂，瞿振宇，
申請(專利權)人：中國科學院上海微系統與信息技術研究所，
類型：發明
國別省市：
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