一种复合金刚石保护膜及其制备方法和芯片基材技术

本申请涉及光电领域，本申请公开一种复合金刚石保护膜及其制备方法和芯片基材，包括以下步骤：将基材放置于金刚石纳米粉的无水乙醇悬浊液中进行超声处理；将处理后的所述基材放置在微波等离子体化学气相沉积系统的样品台上，进行等离子体清洗；在所述基材表面生长金刚石过渡层；生长高致密度的纳米晶金刚石层；生长高取向（100）微米晶金刚石层；对所述基材表面进行等离子体清洗；停止通入氩气，降低氢气流量、气压、微波功率，降温速率低于每秒钟1℃，破真空后取出具有所述复合金刚石保护膜的所述基材。所述复合金刚石保护膜为具有高激光损伤阈值的保护膜，可大幅度提升基材的抗激光损伤阈值。损伤阈值。损伤阈值。

【技术实现步骤摘要】
一种复合金刚石保护膜及其制备方法和芯片基材


[0001]本申请涉及光电领域，主要涉及一种复合金刚石保护膜及其制备方法和芯片基材。

技术介绍

[0002]随着激光能量及应用发展扩大，激光对电子元器件损伤的影响越来越大。电子元件感光芯片通常需要接收外界光线才能成像工作，这使得这类感光芯片对激光非常敏感，极易导致传感器破坏，如果感光芯片为电荷耦合器件（CCD）工作模式，则只需要小光斑的强激光就会导致感光芯片损伤，并显著影响成像效果或导致不能成像。即便是感光芯片为互补金属氧化物半导体（CMOS）工作模式，也同样会因为强激光导致感光芯片发生损伤，导致成像出现故障。感光芯片通常是无人飞机、航天器、无人汽车等设备的“视网膜”，一旦发生损伤危害性大，且维修更换难度高。感光元件通常在激光能量达到0.1J/cm2（1064nm，8ns）量级便会出现成像异常，激光能量达到0.5J/cm2（1064nm，8ns）就会发生不可逆的硬损伤。
[0003]通常保护硅基芯片免受激光损伤的方法为添加中灰度（ND）滤镜、偏振滤镜或采用特殊波段截止滤镜，但是这些方法都存在抗激光损伤阈值低、较大局限性或对成像存在较大影响等问题。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种复合金刚石保护膜及其制备方法和芯片基材，所述复合金刚石保护膜为具有高激光损伤阈值的保护膜，可以提升芯片基材及其芯片元件的抗激光损伤阈值，旨在解决现有感光芯片的抗激光损伤阈值低的问题。
[0006]本申请的技术方案如下：一种复合金刚石保护膜的制备方法，其中，包括以下步骤：（1）将基材放置于金刚石纳米粉的无水乙醇悬浊液中进行超声处理，再用无水乙醇超声清洗；（2）将处理后的所述基材放置在微波等离子体化学气相沉积系统的样品台上，通入氢气和氩气，对所述基材表面进行等离子体清洗；（3）停止通入氩气，通入甲烷气体，在所述基材表面生长金刚石过渡层；（4）降低甲烷气体流量，生长高致密度的纳米晶金刚石层；（5）升高甲烷气体流量，生长高取向（100）微米晶金刚石层；（6）停止通入甲烷，通入氩气，对所述基材表面进行等离子体清洗；（7）停止通入氩气，降低氢气流量、气压、微波功率，降温速率低于每秒钟1℃，破真空后取出具有所述复合金刚石保护膜的所述基材。
[0007]本申请所提供的复合金刚石保护膜的制备方法，所述复合金刚石保护膜为具有高
激光损伤阈值的保护膜，可以提升芯片基材及其芯片元件的抗激光损伤阈值。
[0008]所述的复合金刚石保护膜的制备方法，其中，步骤（1）中，所述金刚石纳米粉选用粒径20~100nm金刚石粉；所述金刚石纳米粉的无水乙醇悬浊液中，所述金刚石纳米粉的浓度为5g/L~20g/L。
[0009]将基材浸泡此金刚石纳米粉的无水乙醇悬浊液的作用是利用液体在超声下的空化效应，在超声作用下，空蚀产生微小气泡，金刚石纳米粉可对基材进行空蚀作用，使得基材表面可以附着金刚石纳米粉，为后续形核生长提供形核位点，提高生长速度和生长质量。
[0010]所述的复合金刚石保护膜的制备方法，其中，步骤（1）中，所述超声处理和所述超声清洗的过程中，超声频率为35~60kHz，超声时间10~20分钟。
[0011]所述的复合金刚石保护膜的制备方法，其中，步骤（2）中，所述通入氢气和氩气，对所述基材表面进行等离子体清洗包括以下步骤：通入氢气，氢气流量为30~120sccm，气压为2~6Torr，起辉；增加氢气流量至80~500sccm，气压为10~100Torr，微波功率为1~10kW，升温至750~900℃；通入占氢气流量3~10%的氩气，对所述基材表面进行等离子体清洗 15~30分钟；所述氢气和所述氩气的纯度不低于7N。
[0012]所述的复合金刚石保护膜的制备方法，其中，步骤（3）中，所述甲烷气体的通入比例为占所述氢气流量的6%~10%，气压为70~120 torr，所述基材表面温度为750~850℃，所述生长的时间为10~30分钟；所述甲烷气体的纯度不低于6N。
[0013]所述的复合金刚石保护膜的制备方法，其中，步骤（4）中，所述降低甲烷气体流量，生长高致密度的纳米晶金刚石层包括以下步骤：保持所述氢气流量不变，所述甲烷气体占比从6%~10%随时间线性降低到0.5%~1%，变化时间为5~15分钟；维持所述甲烷气体占比在0.5%~1%，生长所述高致密度的纳米晶金刚石层，生长时间为30~60分钟。
[0014]所述的复合金刚石保护膜的制备方法，其中，步骤（5）中，所述升高甲烷气体流量，生长高取向（100）微米晶金刚石层包括以下步骤：保持氢气流量不变，所述甲烷气体占比从0.5%~1%随时间线性升高到3%~5%，变化时间为5~15分钟；维持所述甲烷气体占比在3%~5%，生长所述高取向（100）微米晶金刚石层，生长时间为4~10小时。
[0015]所述的复合金刚石保护膜的制备方法，其中，步骤（6）中，所述氩气的通入量为占所述氢气流量的3~10%，所述等离子体清洗时间为30~60分钟；步骤（7）之后，还包括以下步骤：在高倍率显微镜下观察所述复合金刚石保护膜是否均匀且完全覆盖在所述基材上，若未达到100%覆盖，则重新进行步骤（2）~（7）。
[0016]一种复合金刚石保护膜，其中，采用如上任一项所述的复合金刚石保护膜的制备方法制备得到。
[0017]一种芯片基材，其中，所述芯片基材为采用如上任一项所述的复合金刚石保护膜的制备方法制备得到的具有所述复合金刚石保护膜的芯片基材。
[0018]有益效果：本申请所提供的复合金刚石保护膜及其制备方法和芯片基材，所述复
合金刚石保护膜为具有高激光损伤阈值的保护膜，可以提升芯片基材及其芯片元件的抗激光损伤阈值，所述复合金刚石保护膜适用于对硅等基材进行抗激光防护，提升硅等基材的抗激光损伤阈值。采用微波等离子体化学气相沉积法，在真空环境下生长低缺陷密度的纳米晶、微米晶复合金刚石，可以完全覆盖在基材表面同时提供高激光防护性能，同时可提升硅材料的抗强酸、强碱及力学、散热等特性。复合金刚石保护膜生长速率快，成本低，所用原材料对大气无污染，尾气易处理。本申请不仅适用于硅材料的激光防护，也可用于金属、陶瓷、玻璃、晶体等材料的激光防护。
附图说明
[0019]图1为本申请实施例1中复合金刚石保护膜的制备过程中不同生长阶段高分辨形貌图。
[0020]图2为本申请实施例1中复合金刚石保护膜的拉曼测试光谱图。
[0021]图3为本申请中所采用的激光光斑的三维图。
[0022]图4为本申请中所采用的激光光斑的二维图。
[0023]图5为本申请实施例1和对照例各样品的激光损伤形貌图。
具体实施方式
[0024]本申请提供一种复合金刚石保护膜及其制备方法和芯片基材，为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合金刚石保护膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将基材放置于金刚石纳米粉的无水乙醇悬浊液中进行超声处理，再用无水乙醇超声清洗；（2）将处理后的所述基材放置在微波等离子体化学气相沉积系统的样品台上，通入氢气和氩气，对所述基材表面进行等离子体清洗；（3）停止通入氩气，通入甲烷气体，在所述基材表面生长金刚石过渡层；（4）降低甲烷气体流量，生长高致密度的纳米晶金刚石层；（5）升高甲烷气体流量，生长高取向（100）微米晶金刚石层；（6）停止通入甲烷，通入氩气，对所述基材表面进行等离子体清洗；（7）停止通入氩气，降低氢气流量、气压、微波功率，降温速率低于每秒钟1℃，破真空后取出具有所述复合金刚石保护膜的所述基材。2.根据权利要求1所述的复合金刚石保护膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述金刚石纳米粉选用粒径20~100nm金刚石粉；所述金刚石纳米粉的无水乙醇悬浊液中，所述金刚石纳米粉的浓度为5g/L~20g/L。3.根据权利要求1所述的复合金刚石保护膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述超声处理和所述超声清洗的过程中，超声频率为35~60kHz，超声时间10~20分钟。4.根据权利要求1所述的复合金刚石保护膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述通入氢气和氩气，对所述基材表面进行等离子体清洗包括以下步骤：通入氢气，氢气流量为30~120sccm，气压为2~6Torr，起辉；增加氢气流量至80~500sccm，气压为10~100Torr，微波功率为1~10kW，升温至750~900℃；通入占氢气流量3~10%的氩气，对所述基材表面进行等离子体清洗 15~30分钟；所述氢气和所述氩气的纯度不低于7N。5.根据权利要求1所述的复合金刚石保护膜的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭可升，刘乔，杨振怀，郭晓东，胡强，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：