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近年来原子层刻蚀（Atomic Layer Etching,ALE）及原子层沉积（Atomic Layer Deposition,ALD）技术的发展,使得半导体材料和器件的新功能和新应用成为可能。本文报告了利用ALE/ALD和高真空技术的结合对二类超晶格红外探测器进行表面钝化的尝试,在ALE逐层清理过的器件表面用ALD方法原位沉积钝化层,获得了优异的钝化效果。ALD技术是一种在衬底表面以单原子层为单位逐层生长薄膜的技术,这种技术与化学气相沉积（CVD）有相似之处,即将多种不同的化学前驱体源以气态通入反应腔,在一定的温度下发生化学反应,生成所需的薄膜材料。但其生长过程于CVD有明显区别,如图1所示,ALD生长过程是将参与反应的前驱体源交替通入反应腔,使其分别在基底表面发生自限制的化学反应,每通入一次前驱体源仅能在基底表面生长一层目标薄膜材料的原子。ALD技术的这种独特的生长机理,使其可以在大面积、复杂形貌的基底表面上生长出均匀、致密、无针孔、高随形性的薄膜,可以在原子层尺度上精确控制所需薄膜的厚度,并拥有较高的工艺稳定性和可重复性。基于这些特殊的优势,ALD技术迅速被工业界采用并成为了生长半导体材料钝化层、栅介质层和铜扩散阻挡层的主流工艺。ALE技术是将传统的连续刻蚀工艺结合ALD自限制逐层反应机理而形成的一种新兴的刻蚀技术。如图2所示,与ALD类似,ALE也是分步进行的,即先通入反应物与薄膜表面原子反应,弱化表面单层原子与薄膜之间的连接键,然后通入等离子体使表面的改性分子脱附,露出薄膜材料的下一层原子,两步循环进行,每个周期剥离表面的一层原子。ALE的反应机理具备ALD工艺的自限制性,即表面反应一旦饱和,反应将不会继续进行,这使其具有很多类似于ALD的优点,其刻蚀精度、平整度、随形性、工艺稳定性和可重复性远胜于连续刻蚀,并且ALE刻蚀之后的材料表面依然平整完好。除了能够提供精准刻蚀的光滑表面之外,ALE还有一项重要优势:若采用各向同性的改性和脱附步骤,ALE方法能够实现各向同性刻蚀,可对复杂形貌的材料表面执行均匀、一致的刻蚀。二类超晶格红外探测器材料是由InAs、GaSb等多种材料的纳米级薄层周期性堆叠而成的,在制作探测器器件时,需要将生长好的超晶格外延片刻蚀成分立的台面,此时台面的侧壁成为了裸露在环境中的新的表面。二类超晶格材料由于有效禁带宽度很小（小于0.3 eV,有的甚至小于0.03 ev）,在台面侧壁的表面由于界面的存在能带将会弯曲,弯曲的能带很容易在窄禁带材料表面产生载流子的势阱,进而形成表面导电层;同时,InAs、GaSb两种材料都容易被氧化,再加上台面刻蚀过程中形成的半金属As和和金属Sb残留于台面侧壁,这些因素都使侧壁表面粗糙,引入表面态,增加表面非辐射复合并增加侧壁漏电。由于二类超晶格红外探测器件的探测性能显著受制于器件台面侧壁的漏电,所以该类器件表面钝化的关键在于增加台面侧向电阻率。高真空下的ALE可有效去除二类超晶格器件台面侧壁的刻蚀杂质及氧化产物,降低侧壁粗糙度、减少表面态,从而降低台面侧壁漏电。ALE完成器件表面的刻蚀之后,原位采用ALD技术沉积钝化层,即可得到高质量的钝化界面,而且ALE/ALD工艺过程采用的温度均低于300℃,不会对超品格材料造成损伤。本报告中的结果显示,对于截止波长为12.3微米的分立器件,采用ALE/ALD钝化工艺后,各样品的周长面积比P/A与R0A值的拟合得到的器件台面侧向电阻率Psurface由未钝化时的10.5 kΩ·cm提高到了137 kΩ·cm,提高了一个数量级以上（如图3所示）。此结果表明高真空ALE/ALD钝化工艺可能成为提高超晶格红外探测器焦平面阵列性能的最有效的手段之一。本文结果显示初步的ALE/ALD结合的表面钝化技术已经能够大幅提高二类超晶格器件性能,我们有理由期待经过优化的ALE/ALD钝化工艺将有可能彻底解决类似器件的表面钝化需求;同时,由于ALE/ALD的随形性、自限制性和大面积均匀性,使得该项技术易于实现大尺寸产业化。