【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及单晶片制造，尤其涉及一种p型碳化硅单晶柔性膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、与有机材料材料相比，单晶碳化硅作为第三代半导体材料，具有禁带宽度大、击穿场强高、热导率高、电子迁移率高、热稳定性和化学稳定性高等优异特性，已在光电探测、中高压电力电子和量子传感等领域中展示了重要的应用潜力。
2、柔性电子是指经扭曲、折叠、拉伸等形状变化后仍保持原有性能的电子设备。目前，柔性电子和光电子器件在可穿戴设备、柔性显示和柔性检测等方面的应用引起了人们的极大兴趣。由于单晶碳化硅高硬度和高化学惰性的特点，目前一般多采用研磨抛光法制备碳化硅单晶柔性薄膜。但是，采用研磨抛光法自上而下地制备微/纳米级厚度的碳化硅单晶薄膜的加工周期长，加工成本高，并且所得的碳化硅单晶柔性薄膜在加工过程中易破碎。因此，非常有必要提供一种简便地可获得高柔性碳化硅单晶薄膜的方法，以扩大碳化硅单晶在柔性电子和光电子器件领域的应用。
技术实现思路
1、针对现有制备碳化硅单晶薄膜的方法存在的加工周期长、加工成本高，以及得到的碳化硅单晶的柔性差、易破碎的技术问题，本专利技术提供一种p型碳化硅单晶柔性膜及其制备方法和应用。本专利技术通过在n型碳化硅衬底表面外延一
2、层p型碳化硅层，然后将碳化硅外延片浸泡至腐蚀液中，基于两电极体系，以碳化硅外延片作为工作电极，进行光电化学腐蚀，实现了单晶层的剥离，得到了p型碳化硅单晶薄膜，该方法操作简单，得到的p型碳化硅单晶薄膜的柔性高，满足柔性电子和光电子器件的性能
3、为达到上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
4、第一方面，本专利技术提供了一种p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法，包括如下步骤：
5、s1，在n型碳化硅衬底的si面进行同质外延生长p型碳化硅层，得到碳化硅外延片；
6、s2，将所述碳化硅外延片置于刻蚀液中，基于两电极体系将所述碳化硅外延片作为阳极并在所述刻蚀液中设置阴极；
7、s3，采用预设波长的紫外光照射所述碳化硅外延片，同时，向所述碳化硅外延片施加预设电位，进行选择性刻蚀，得到p型碳化硅单晶柔性膜；
8、其中，所述预设波长小于n型碳化硅衬底对应的吸收光波长临界值。
9、光电化学腐蚀在半导体的掺杂类型上存在选择性，具体表现为：n型半导体/腐蚀液界面的能带弯曲使得光生空穴富集在界面处半导体一侧，参与n型半导体表面腐蚀；而p型半导体/腐蚀液界面的能带弯曲正好相反，造成光生空穴迁移至半导体内部，而光生电子则富集在界面处半导体一侧，抑制p型半导体表面腐蚀，如图1所示。基于此，专利技术人经过创造性思维提出了如下思路：在碳化硅外延结构中，n型碳化硅衬底和p型碳化硅外延膜在二者界面处形成p/n结，在p/n结附近会自发产生一定厚度的耗尽层，该耗尽层内会形成内建电场，方向由n型碳化硅层指向p型碳化硅层。当采用超禁带光照射时，同时在内建电场的配合下，光生空穴则富集在耗尽区中靠近p型碳化硅层的区域，光生电子则富集在耗尽区中靠近n型碳化硅层的区域，如图2所示。将该具有p/n结的碳化硅外延片置于腐蚀液中进行腐蚀，富集在耗尽区p型膜一层的空穴在腐蚀液的作用下进行腐蚀，而富集在耗尽区n型衬底一层的光生电子则在外部电场的作用下导出体外，最终获得微/纳米级的p型碳化硅单晶膜。
10、剥离后剩下的n型碳化硅衬底只需进行适当抛光便可直接进行下一步p型碳化硅层的外延生长，实现n型碳化硅衬底的重复利用，极大的降低了p型碳化硅单晶薄膜的制备成本，不会造成资源的浪费和环境的破坏，具有极大的商业化应用前景。
11、进一步地，步骤s1中，所述n型碳化硅衬底中氮掺杂浓度为5×1017/cm3～2×1019/cm3。
12、进一步地，步骤s1中，所述n型碳化硅衬底的尺寸为1英寸～8英寸，厚度为0.3mm～0.5mm。
13、进一步地，步骤s1中，所述p型碳化硅层中掺杂元素的浓度为1×1017/cm3～5×1019/cm3，外延层的厚度为0.5μm～20μm。
14、本专利技术中n型碳化硅衬底可直接采用市售n型碳化硅衬底，或者采用本领域常规的气相沉积法(cvd法)在碳化硅衬底表面制备n型碳化硅层，本专利技术不做特殊限定。
15、本专利技术中进行同质外延生长p型碳化硅层时，掺杂元素可为al或b。
16、进一步地，步骤s2中，所述刻蚀液为氢氟酸和双氧水的混合溶液。
17、作为本专利技术的一种具体实施方式，所述氢氟酸和双氧水均采用市售产品，其中，氢氟酸的浓度为40wt％，双氧水的浓度为30wt％。
18、进一步地，步骤s2中，所述刻蚀液中hf的质量浓度为2％～15％，h2o2的质量浓度为2％～15％，余量为水。
19、进一步地，步骤s2中，所述阴极为石墨片电极。
20、进一步地，步骤s2中，将所述碳化硅外延片置于刻蚀液前还包括：在所述碳化硅外延片的n型碳化硅层表面制备导电层，并在所述导电层表面制备绝缘层。
21、需要说明的是，所述导电层为金属材料层，具体可选用pt层、au层、ti层或ni层等，只要具有良好导电效果的金属材料均可，本专利技术不做特殊限定。制备导电层的方法可采用溅射法，也可采用本领域常规的制备金属层的方法，只要不会明显损害n型碳化硅衬底均可，本专利技术不做特殊限定。
22、作为本专利技术的一种具体实施方式，绝缘层选择黑蜡在导电层表面进行涂覆制备得到。
23、具体地，步骤s2中，用导线的电压输出端连接导电层，电压输入端连接阴极，形成两电极体系。
24、在两电极体系中，富集在p型碳化硅层的光生空穴发生的反应为：
25、sic+2h2o2+4h+→sio2+co2↑+4h+，sio2+6hf→(sif6)2-+2h2o+2h+
26、而富集在耗尽区n型衬底一侧的光生电子则在外部电场的作用下转移到对电极上参与析氢反应，反应方程式为：
27、2h++h2o2+2e-＝2h2o
28、进一步地，步骤s3中，所述预设波长为200nm～380nm。
29、作为本专利技术的一种具体实施方式，在所述光源上采用滤光片进行滤波，使达到碳化硅外延片的波长小于n型碳化硅衬底对应的光吸收波长的临界值，优选波长范围为200nm～380nm。具体地，可选用氙灯或汞灯作为光源。
30、作为本专利技术的一种具体实施方式，还包括，在刻蚀液的上方采用有机玻璃片对刻蚀液挥发后形成的蒸汽进行阻挡，防止蒸发的刻蚀液腐蚀滤光片。
31、进一步地，步骤s3中，所述预设电压为0.1v～3v(vs.阴极)。
32、进一步地，步骤s3中，发射入射光的光源距离刻蚀液表面的高度为5cm～10cm，刻蚀液的流速为1ml/min～5ml/min，刻蚀过程的搅拌转速为300r/min～500r/min。
33、采用上述工艺条件进行选择性刻蚀，可提高p型碳化硅单晶薄膜的剥离效本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述n型碳化硅衬底中氮掺杂浓度为5×1017/cm3～2×1019/cm3。
3.如权利要求1或2所述的p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述n型碳化硅衬底的尺寸为1英寸～8英寸，厚度为0.3mm～0.5mm。
4.如权利要求1所述的p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述p型碳化硅层中掺杂元素的浓度为1×1017/cm3～5×1019/cm3，外延层的厚度为0.5μm～20μm。
5.如权利要求1所述的p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述刻蚀液为氢氟酸和双氧水的混合溶液。
6.如权利要求5所述的p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述刻蚀液中HF的质量浓度为2％～15％，H2O2的质量浓度为2％～15％。
7.如权利要求1所述的p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤S2
8.如权利要求1所述的p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述预设波长为200nm～380nm；和/或
9.一种p型碳化硅单晶柔性膜，其特征在于：由权利要求1～8任一项所述的p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法制备得到。
10.一种柔性电子或光电子设备，其特征在于：包括权利要求9所述的p型碳化硅单晶柔性膜。
...【技术特征摘要】
1.一种p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述n型碳化硅衬底中氮掺杂浓度为5×1017/cm3～2×1019/cm3。
3.如权利要求1或2所述的p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述n型碳化硅衬底的尺寸为1英寸～8英寸，厚度为0.3mm～0.5mm。
4.如权利要求1所述的p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述p型碳化硅层中掺杂元素的浓度为1×1017/cm3～5×1019/cm3，外延层的厚度为0.5μm～20μm。
5.如权利要求1所述的p型碳化硅单晶柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤s...
【专利技术属性】
技术研发人员：耿文浩，郑向光，杨昆，路亚娟，刘新辉，牛晓龙，刘东峰，李树深，
申请(专利权)人：河北同光半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。