光電子器件、半導(dǎo)體基板及其制作方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種光電子器件、半導(dǎo)體基板及其制作方法，該半導(dǎo)體基板包括硅襯底以及位于所述硅襯底第一表面的金屬層，所述硅襯底的第一表面具有多個凹槽，所述金屬層覆蓋所述凹槽之間的區(qū)域以及所述凹槽的底面和側(cè)壁。本發(fā)明專利技術(shù)中的凹槽及其表面的金屬層可以看作U型波導(dǎo)，該U型波導(dǎo)存在多種模式的表面等離子激元激發(fā)，這些多種模式的表面等離子激元激發(fā)可以拓寬半導(dǎo)體基板的吸收帶，使硅基光電子器件及硅基光電探測器得到更廣泛的應(yīng)用。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及光電
，更具體地說，涉及一種光電子器件、半導(dǎo)體基板及其制作方法。
技術(shù)介紹
光電探測器是一種把光輻射能量轉(zhuǎn)換為電能的光電子器件，其在軍事和國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域都有著廣泛的用途。例如，響應(yīng)范圍在可見光或近紅外光波段的光電探測器可用于射線測量和探測、工業(yè)自動控制和光度計量等；響應(yīng)范圍在紅外波段的光電探測器可用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、紅外熱成像和紅外遙感等。雖然現(xiàn)有的光電探測器大多采用硅材料作為基底制作而成，但是，由于硅材料的禁帶寬度較寬，因此，會導(dǎo)致光電探測器的探測波段主要集中于可見光波段，嚴(yán)重制約了其在近紅外波段的應(yīng)用。雖然采用鍺以及砷化鎵銦等材料作為基底制作的光電探測器的探測波段在近紅外波段，但是，這種光電探測器的制作工藝復(fù)雜、價格昂貴、穩(wěn)定性差。因此，如何將硅材料的吸收帶擴展至近紅外波段，以便將硅基光電探測器的探測波段擴展至近紅外波段，是目前最熱門的研究話題之一。基于此，一種利用表面金屬微結(jié)構(gòu)來拓展硅材料吸收帶的方法逐漸興起。該方法通過在硅表面形成一層金屬來使得光電探測器的響應(yīng)范圍不再受制于硅的禁帶寬度，而是受制于硅和金屬交界面處的肖特基勢壘。當(dāng)入射光照射到金屬微結(jié)構(gòu)上時，該金屬微結(jié)構(gòu)會激發(fā)出表面等離子體激元(SPP)，這些表面等離子體激元在非輻射衰退過程中形成的熱電子會通過金屬與硅交界處的肖特基勢壘形成光電流，從而可以實現(xiàn)硅基光電探測器的近紅外響應(yīng)。但是，現(xiàn)有的硅基光電探測器中的表面金屬微結(jié)構(gòu)只有單一模式的表面等離子體激元的激發(fā)，因此，其吸收帶較窄，會影響硅基光電探測器的廣泛應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)提供了一種光電子器件、半導(dǎo)體基板及其制作方法，以解決現(xiàn)有的硅基光電探測器吸收帶較窄而影響硅基光電探測器廣泛應(yīng)用的問題。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種半導(dǎo)體基板，包括：硅襯底，所述硅襯底的第一表面具有多個凹槽；位于所述硅襯底第一表面的金屬層，所述金屬層覆蓋所述凹槽之間的區(qū)域以及所述凹槽的底面和側(cè)壁。優(yōu)選的，所述凹槽為圓形凹槽或方形凹槽；所述多個凹槽呈周期性排列。優(yōu)選的，所述圓形凹槽的直徑范圍為0.7微米～1微米。優(yōu)選的，所述凹槽中心之間的間距范圍為1.2微米～1.4微米；所述凹槽的深度范圍為1.2微米～1.8微米。優(yōu)選的，所述凹槽之間區(qū)域的金屬層和所述凹槽底面的金屬層的厚度范圍為25納米～35納米；所述凹槽側(cè)壁的金屬層的厚度范圍為10納米～20納米。優(yōu)選的，所述金屬層的材質(zhì)為金或銀。一種光電子器件，包括：半導(dǎo)體基板，所述硅基板為如上任一項所述的半導(dǎo)體基板；位于所述硅襯底第二表面的P型摻雜區(qū)或N型摻雜區(qū)；位于所述硅襯底第二表面的電極，所述電極與所述P型摻雜區(qū)或N型摻雜區(qū)相接，且所述第二表面為與所述第一表面對稱的表面。一種半導(dǎo)體基板的制作方法，應(yīng)用于如上任一項所述的半導(dǎo)體基板，所述制作方法包括：提供硅襯底；在所述硅襯底的第一表面形成多個凹槽；在所述硅襯底的第一表面上形成覆蓋所述凹槽之間的區(qū)域以及所述凹槽的底面和側(cè)壁的金屬層。優(yōu)選的，在所述硅襯底的第一表面形成多個凹槽的過程包括：在所述硅襯底的第一表面形成光刻膠層，對所述光刻膠層進行曝光顯影，以形成覆蓋預(yù)設(shè)凹槽的區(qū)域的多個光刻膠圖案；以所述光刻膠層圖案為掩膜，形成覆蓋預(yù)設(shè)凹槽的區(qū)域之間區(qū)域的金屬掩膜；去除所述硅襯底第一表面上的光刻膠層；以所述金屬掩膜為掩膜，在所述硅襯底第一表面預(yù)設(shè)凹槽的區(qū)域刻蝕出多個凹槽。優(yōu)選的，在所述硅襯底第一表面上形成覆蓋所述凹槽之間的區(qū)域以及所述凹槽的底面和側(cè)壁的金屬層的過程包括：去除所述硅襯底第一表面的金屬掩膜；在所述硅襯底的第一表面形成金屬層，并使所述金屬層覆蓋所述凹槽之間的區(qū)域以及所述凹槽的底面和側(cè)壁。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)所提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：本專利技術(shù)所提供的光電子器件、半導(dǎo)體基板及其制作方法，硅襯底表面的凹槽及其表面的金屬層可以看作U型波導(dǎo)，該U型波導(dǎo)存在多種模式的表面等離子激元激發(fā)。其中，當(dāng)入射光的能量只集中在凹槽之間區(qū)域時，對應(yīng)的是基模激發(fā)模式；當(dāng)入射光的能量除集中在凹槽之間區(qū)域之外，還集中在凹槽側(cè)壁附近的區(qū)域時，對應(yīng)的是高階的激發(fā)模式。雖然單一的激發(fā)模式只能導(dǎo)致一個較窄的吸收帶，但是，如果多種模式的吸收帶在光譜上的距離夠近的話，就能夠連成一個較寬的吸收帶，從而可以拓寬半導(dǎo)體基板的吸收帶，使硅基光電子器件及硅基光電探測器得到更廣泛的應(yīng)用。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術(shù)實施例提供的半導(dǎo)體基板的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)實施例提供的半導(dǎo)體基板的俯視圖；圖3為本專利技術(shù)實施例提供的半導(dǎo)體基板的吸收曲線圖；圖4為本專利技術(shù)實施例提供的半導(dǎo)體基板的制作方法流程圖；圖5為本專利技術(shù)實施例提供的光電子器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式下面將結(jié)合本專利技術(shù)實施例中的附圖，對本專利技術(shù)實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術(shù)一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術(shù)中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術(shù)保護的范圍。本專利技術(shù)實施例提供了一種半導(dǎo)體基板，如圖1所示，該半導(dǎo)體基板包括硅襯底1和位于硅襯底1第一表面的金屬層2，該硅襯底1的第一表面具有多個凹槽10，如圖2所示，這些凹槽10優(yōu)選呈周期性排列，當(dāng)然，本專利技術(shù)并不僅限于此。其中，硅襯底1可以是N型硅，也可以是P型硅。本實施例中的金屬層2不僅覆蓋凹槽10之間的區(qū)域101，而且，覆蓋凹槽10的底面102和側(cè)壁103，需要說明的是，金屬層2并未填滿凹槽10，凹槽10內(nèi)的金屬層2的上表面低于凹槽10的頂面。本實施例中，僅以凹槽10為圓形凹槽為例進行說明，在其他實施例中，凹槽10還可以為方形凹槽，當(dāng)然，本專利技術(shù)并不僅限于此，在其他實施例中，只要凹槽10的切面為U形或類似U型的結(jié)構(gòu)即可，這是因為切面為U型的凹槽10及其表面的金屬層2可以看作U型波導(dǎo)。當(dāng)入射光照射到金屬層2表面時，在凹槽10表面的金屬層2內(nèi)會形成高度局域化的能量分布，這是表面等離子激元的特點。這些能量分布會使金屬層2中產(chǎn)生表面等離子體激元，而在表面等離子體激元的傳播過程中，會無輻射衰減產(chǎn)生熱電子，這些熱電子會跨過硅襯底1和金屬層2之間的肖特基勢壘進入硅襯底1形成光電流。本專利技術(shù)實施例中，凹槽10及其表面的金屬層2構(gòu)成的U型波導(dǎo)中存在多種模式的表面等離子激元的激發(fā)。其中，當(dāng)入射光的波長較大時，入射光的能量只集中在凹槽10之間區(qū)域，此時，對應(yīng)的是基模激發(fā)模式；隨著入射光波長的減小，入射光的能量除集中在凹槽10之間區(qū)域之外，還集中在凹槽10側(cè)壁附近的區(qū)域，此時，對應(yīng)的是高階的激發(fā)模式。雖然單一的激發(fā)模式只能導(dǎo)致一個較窄的吸收帶，但是，如果多種模式的吸收帶在光譜上的距離夠近的話，就能夠連成一個較寬的吸收帶，從而可以拓寬半導(dǎo)體基板的吸收帶，使硅基光電子器件及硅基光電探測器得到更廣泛的應(yīng)用。基于此，本實施例提供的半導(dǎo)體基板的吸收曲線如圖3所示，由圖3可知，本實施例中的半導(dǎo)體基板的吸收帶包括近紅外波段(1本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種半導(dǎo)體基板，其特征在于，包括：硅襯底，所述硅襯底的第一表面具有多個凹槽；位于所述硅襯底第一表面的金屬層，所述金屬層覆蓋所述凹槽之間的區(qū)域以及所述凹槽的底面和側(cè)壁。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種半導(dǎo)體基板，其特征在于，包括：硅襯底，所述硅襯底的第一表面具有多個凹槽；位于所述硅襯底第一表面的金屬層，所述金屬層覆蓋所述凹槽之間的區(qū)域以及所述凹槽的底面和側(cè)壁。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，所述凹槽為圓形凹槽或方形凹槽；所述多個凹槽呈周期性排列。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，所述圓形凹槽的直徑范圍為0.7微米～1微米。4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，所述凹槽中心之間的間距范圍為1.2微米～1.4微米；所述凹槽的深度范圍為1.2微米～1.8微米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，所述凹槽之間區(qū)域的金屬層和所述凹槽底面的金屬層的厚度范圍為25納米～35納米；所述凹槽側(cè)壁的金屬層的厚度范圍為10納米～20納米。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，所述金屬層的材質(zhì)為金或銀。7.一種光電子器件，其特征在于，包括：半導(dǎo)體基板，所述硅基板為權(quán)利要求1～6任一項所述的半導(dǎo)體基板；位于所述硅襯底第二表面的P型摻雜區(qū)或N型摻雜區(qū)；位于所述硅襯底第二表面的電極，所述電極...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高勁松，劉小翼，楊海貴，李強，王延超，李資政，王笑夷，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：吉林;22