银电极的制备方法

技术领域

本申请属于电极工艺技术领域，尤其涉及一种银电极的制备方法。

背景技术

金刚石是一种P型宽禁带氧化物半导体材料，其禁带宽度高达5.45eV。金刚石材料具有超高导热率和抗腐蚀性，使得其器件能在极端环境中运行，因此在航天航空以及军事领域有着重要地位；另外，金刚石在可见光区域高度透明，对紫外光极其敏感，是一种理想的深紫外探测的光敏材料。

在金刚石光电探测研究中，人们主要是应用多晶或者单晶的金刚石薄膜材料，制备出各种类型的紫外探测器件来研究不同结晶态以及器件工艺对器件响应度及光暗电流等性能指标的影响。由于光刻电极具有更大的光吸收比表面积以及更大的光吸收效率，在紫外探测器件中可能获得更高的光响应度，因此，如何高效稳定的在多晶金刚石上进行Lift-off(即剥离工艺)光刻对于紫外探测领域具有非常重要的研究意义。

目前金刚石器件的电极大多采用Ti/Au电极，此类电极制备工艺复杂繁琐，并且对镀膜机真空度要求很高，从而带来成本以及制备工艺的挑战；而一般的湿法腐蚀光刻工艺会对电极造成损伤使性能下降。因此，研究对于多晶金刚石器件最佳的电极材料及其工艺意义重大。

发明内容

本申请的目的在于提供一种银电极的制备方法，旨在解决如何在金刚石上制备稳定、且光响应度高的电极的技术问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

本申请提供一种银电极的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

将初始金刚石依次进行酸洗处理和等离子体处理，得到预处理金刚石；

将所述预处理金刚石进行干燥处理，然后涂覆光刻胶层；

对所述预处理金刚石表面的光刻胶层进行曝光、显影，形成电极图案；

在所述预处理金刚石表面的电极图案上沉积金属银，然后去胶处理，得到银电极。

本申请提供的电极的制备方法，先将初始金刚石进行特有的预处理，即将初始金刚石进行酸洗处理和和等离子体处理，这样预处理后的金刚石可以形成氧端表面，与银具有很好的亲和性，后续经涂覆光刻胶、曝光、显影形成电极图案后，在电极图案位置的金刚石表面可以更好地与沉积的金属银结合，从而制备得到不易损伤、稳定的银电极。该制备方法不仅可以提高光刻成功率，而且得到的银电极具有很好的光响应性能，在金刚石器件制备中具有很好的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的多晶金刚石上形成银电极器件的实物图；

图2是本申请实施例和对比例制备的电极器件测试图；a为实施例1的银电极器件，b为对比例1的金电极器件，c为对比例2的钛电极器件，d为对比例3的钛/金电极器件；

图3是本申请实施例和对比例制备的电极器件响应度对比图；

图4是本申请实施例提供的多晶金刚石上形成银电极器件中，未预处理的初始金刚石和预处理金刚石的表面XPS强度图；a是未预处理的初始金刚石，b是预处理金刚石。

具体实施方式

为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本申请实施例提供一种银电极的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

S01：将初始金刚石依次进行酸洗处理和等离子体处理，得到预处理金刚石；

S02：将预处理金刚石进行干燥处理，然后涂覆光刻胶层；

S03：对预处理金刚石表面的光刻胶层进行曝光、显影，形成电极图案；

S04：在预处理金刚石表面的电极图案上沉积金属银，然后去胶处理，得到银电极。

本申请实施例提供的电极的制备方法是一种改进的Lift-off光刻电极工艺，该制备方法先将初始金刚石进行特有的预处理，即将初始金刚石进行酸洗处理和和等离子体处理，这样预处理后的金刚石可以形成氧端表面，与银具有很好的亲和性，后续经涂覆光刻胶、曝光、显影形成电极图案后，在电极图案位置的金刚石表面可以更好地与沉积的金属银结合，从而制备得到不易损伤、稳定的银电极。该制备方法不仅可以提高光刻成功率，而且得到的银电极具有很好的光响应性能，在金刚石器件制备中具有很好的应用。

上述步骤S01为初始金刚石的预处理步骤，初始金刚石经过酸洗加等离子体处理的预处理，从而氧化在材料表面形成C＝O键，使金刚石与银电极更容易结合且不易受损伤。金刚石薄膜在电子器件等方面的应用无法避免的需要涉及到与金属电极接触的问题，金属电极种类、镀膜工艺的选择等都对金属/金刚石的界面结合性能有很大影响，进而会影响其界面电阻及电学性能。由于金刚石本身的化学惰性，金刚石与金属之间形成牢固的结合并不容易，而本申请通过特有的预处理步骤，得到的预处理金刚石表面与银金属结合性大大增强。

在一实施例中，初始金刚石为多晶金刚石薄膜，例如是自支撑多晶金刚石薄膜。本申请通过改进Lift-off工艺，将多晶金刚石经过特有的预处理，这样可以高效稳定地在多晶金刚石上进行Lift-off光刻，使银沉积在多晶金刚石表面并形成紧密贴合，从而可以很好地用于紫外探测领域。

在一实施例中，酸洗处理的步骤包括：将初始金刚石置于硝酸和硫酸的混合液中进行第一清洗处理，然后置于盐酸溶液中进行第二清洗处理，再置于氢氟酸溶液中进行第三清洗处理。通过该酸洗过程，不仅在金刚石表面形成氧端表面，而且可以很好地清除表面氧化物杂质。具体地，通过硝酸和硫酸的混合液沸煮以及盐酸处理等方式，可以使金刚石表面吸附的氢原子被氧原子所取代，形成氧终端；而氢氟酸的清洗可以有效清除表面的氧化物杂质，以备更好地进行后续工艺。

进一步地，混合液由体积比为1：1的浓硝酸和浓硫酸组成，这样的混合液具有很好的酸洗效果。

进一步地，上述第一清洗处理包括：280～320℃条件下加热28～32min；上述第二清洗处理包括：120～180℃条件下加热28～32min；上述第三清洗处理包括：超声处理2～8min。这样具有很好的清洗效果。

在一实施例中，等离子体处理包括：用氧等离子体(O

进一步地，在酸洗处理和等离子体处理之间，还可以进行有机杂质清洗处理。具体地，酸洗处理后，采用传统方法对金刚石表面进行有机溶剂处理，从而可以去除其表面的有机杂质，以便进行等离子体处理。

上述步骤S02为光刻胶涂覆过程。具体地，光刻胶涂覆前先将预处理金刚石进行干燥处理处理，例如，干燥处理包括：90～110℃条件下干燥25～35min。干燥处理后可以采用旋涂法涂光刻胶。

在一实施例中，涂覆光刻胶层的步骤包括：以1000～5000rpm的转速旋涂光刻胶，然后100～120℃加热80～100s。具体地，将样品放入旋涂机中，采用转速为：1000rpm旋转10s，然后5000rpm旋转30s，旋涂完毕的样品立刻放入加热台中110℃加热90s；从而得到均匀的光刻胶层。

上述步骤S03为电极图案形成过程。将旋涂的光刻胶层进行曝光、显影，从而得到电极图案。

具体地，可以采用标准光刻方法对样品进行Mark曝光，曝光时间为8～12s，曝光结束后放入加热台中加热。经过曝光步骤后的样品放入标准显影液中显影10～20s，用去离子水冲洗干净、氮气吹干保存。显影前后烘烤，可以更好地提高金刚石的光刻成功率。

在一实施例中，曝光、显影后形成的电极图案为叉指图案，这样得到的银电极为银叉指电极。

上述步骤S04为沉积金属银和去胶过程。

在一实施例中，沉积金属银的方法可以是蒸镀法。具体地，将形成由电极图案的金刚石样品用双面胶固定在热蒸发基板上，将基板放置在真空沉积腔体中固定并封闭仓门；打开机械泵对真空腔抽真空，当腔内压强达到1Pa以下后开启电磁阀，当腔内压强达到1Pa以下后开启分子泵，将腔内压强抽至6×10

在一实施例中，去胶处理的步骤包括：将沉积完银金属的金刚石样品放入微型超声机中，并加入去胶液。打开超声机，经超声处理，样品Mark图形外的金属全部脱落，形成所需要的叉指结构；最后用去离子水清洗样品并用氮气吹干后保存。

在一实施例中，最终制备得到的银电极的厚度为20～100nm。

Ag电极功函数(4.26)与Ti电极功函数(4.33)十分接近，但是一般的湿法腐蚀光刻工艺会对电极造成损伤使性能下降；本申请实施例制备并得到了多晶金刚石上银叉指电极，其不仅不易损伤，而且通过光响应测试系统证明了其优异的响应度。因此，为金刚石深紫外器件电极材料的应用提供一种新思路。

下面结合具体实施例进行说明。

实施例1

在多晶金刚石上制备了银叉指电极的方法，具体工艺过程包括以下步骤：

(1)对自支撑多晶金刚石(即初始金刚石)表面进行酸洗处理。

具体实施步骤为：①将样品置于浓硝酸和浓硫酸按体积比1：1混合的混合液中，在300℃下煮沸30min后，用去离子水清洗；②然后将样品置于浓盐酸溶液中，在150℃下煮沸30min后，用去离子水清洗；③最后将样品置于氢氟酸中，超声5min后，用去离子水清洗。

(2)对酸洗后的自支撑多晶金刚石表面进行有机溶剂处理，去除其表面的有机杂质；

(3)将清洗好的多晶金刚石样品放入等离子体机中，用O

(4)打开加热源对样品衬底进行升温，温度达到100℃并保持30min，使其表面充分干燥；

(5)将步骤(4)处理后的样品放入旋涂机旋涂光刻胶，采用转速为：1000rpm(时间10s)+5000rpm(时间30s)；旋涂完毕的样品立刻放入加热台中110℃加热90s；

(6)采用标准光刻方法对样品进行Mark曝光，曝光时间为10s，曝光结束后立刻放入加热台中110℃加热90s；

(7)将步骤(6)处理后的样品放入标准显影液中显影15s，用去离子水冲洗干净、氮气吹干保存；

(8)将步骤(7)处理后的样品用双面胶固定在热蒸发基板上，将基板放置在真空沉积腔体中固定并封闭仓门；打开机械泵对真空腔抽真空，当腔内压强达到1Pa以下后开启电磁阀，当腔内压强达到1Pa以下后开启分子泵，将腔内压强抽至6×10

(9)将沉积完金属的样品放入微型超声机中，并加入去胶液。打开超声机，大约5分钟后样品Mark图形外的金属全部脱落，形成所需要的叉指结构，即形成于多晶金刚石上的银电极(即银叉指电极)；最后可以用去离子水清洗样品并用氮气吹干后保存。

对比例1

本对比例与实施例1的区别是在多晶金刚石上沉积金属金，从而得到金电极器件，其他步骤与实施例1相同。

对比例2

本对比例与实施例1的区别是在多晶金刚石上沉积金属钛，从而得到钛电极器件，其他步骤与实施例1相同。

对比例3

本对比例与实施例1的区别是在多晶金刚石上依次沉积金属钛和金，从而得到钛/金电极器件，其他步骤与实施例1相同。

性能测试

将上述实施例和对比例制备的样品电极上压制金属铟作为接触电极来保护原有电极，最后进行电学性能测试。

(1)图1为实施例1的银电极器件实物图，其表面的叉指结构均匀且完好，而现有的湿法光刻会对电极下端易造成腐蚀影响性能，这说明本申请实施例1制备的银电极器件不易损伤。

(2)图2是实施例1和对比例1-3的光电流(Light)、暗电流(Dark)以及光暗电流比(Light/Dark)；其中，使用的照明源为254nm紫外灯，结果表明本申请实施例1制备的银电极器件的光电流以及光暗电流比最高。

(3)图3是实施例1和对比例1-3的响应度对比图；结果可以明显看出，相对与对比例，本申请实施例1制备的银电极响应度最高，在254nm光源照射下实现了银电极的高响应度(1.39A/W)，比钛/金电极响应度(0.699A/W)提高了近两倍。

(4)图4是实施例1的制备方法中，未预处理的初始金刚石和预处理金刚石表面的X射线光电子能谱(XPS)强度图；结果显示，多晶金刚石经酸洗和等离子体处理后，材料表面的C＝O键比例明显增多，说明多晶金刚石材料形成了氧端表面。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。