一種表面過飽和摻雜光電探測器的鈍化方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提出一種對表面過飽和摻雜光電探測器進行表面鈍化的方法，該方法在表面過飽和摻雜光電探測器的表面覆蓋兩層氫含量不同的非晶硅薄膜。非晶硅薄膜通過等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)形成。本發(fā)明專利技術(shù)的雙層含氫非晶硅薄膜結(jié)構(gòu)一方面能夠與器件感光面的表面懸掛鍵結(jié)合，減少器件表面的電子與空穴的復合，降低暗電流，另一方面隔絕了空氣的污染，具有結(jié)構(gòu)簡單，鈍化效果顯著的優(yōu)點。

Passivation method for surface supersaturated doped photoelectric detector

The invention provides a surface passivation method for a surface supersaturated doped photodetector, which covers two layers of amorphous silicon films with different hydrogen content on the surface of the surface supersaturated doped photodetector. Amorphous silicon films were formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The invention of the double hydrogen containing amorphous silicon thin film structure on the one hand can be combined with image surface dangling bond, reduce the electron hole recombination device surface, reduce the dark current, on the other hand, cut off the air pollution, has the advantages of simple structure, the advantages of the passivation effect significantly.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種表面過飽和摻雜光電探測器的鈍化方法
本專利技術(shù)涉及光電器件領(lǐng)域，主要是一種對表面過飽和摻雜光電探測器進行表面鈍化的方法。本專利技術(shù)可以應用在表面過飽和摻雜的光電探測器的制造過程中，達到提高光電器件性能的目的。
技術(shù)介紹
隨著科學的發(fā)展與進步，硅基工藝已經(jīng)相當成熟，硅基光電探測器在空間對地觀測、搜索與跟蹤、醫(yī)學成像以及導彈精確制導等領(lǐng)域均有著廣泛的應用。商用的以pn結(jié)為基礎(chǔ)的普通硅探測器受到晶體硅禁帶寬度(1.12eV)的限制，響應一般截至在1100nm以內(nèi)并且光譜響應度較低，而具有高增益的雪崩硅光電二極管或光電倍增管又需要在較高的偏壓下工作，因而限制了硅光電探測器的應用范圍。為了滿足需求，表面過飽和摻雜的高增益可見和近紅外硅基光電探測器應運而生，通過硫元素的過飽和摻雜在n型襯底與摻雜層之間形成n-n+結(jié)，并且硫元素摻雜層增加了材料對可見和近紅外光的吸收。這種光電探測器在400nm-1200nm波長范圍內(nèi)，-5V偏壓下的響應率為1A/W-350A/W，從而在低偏壓下實現(xiàn)了高增益。然而在制作過程中摻雜層表面會產(chǎn)生大量缺陷，大大影響了器件的電學特性，從而限制探測器的響應度和探測率等光電性能，因此，鈍化修復表面缺陷是表面處理工藝中提高器件性能非常重要的步驟。在現(xiàn)有的器件制備過程中，表面鈍化的方法有很多，但對于表面過飽和摻雜的光電探測器來說，目前還沒有一個合適的鈍化方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決上述問題，本專利技術(shù)提供了一種對表面過飽和摻雜的光電探測器的表面進行鈍化的方法，以減少光電探測器件的表面缺陷，提高器件性能。為了達到上述專利技術(shù)的目的，本專利技術(shù)提出在表面過飽和摻雜光電探測的感光面(過飽和摻雜面)上覆蓋兩層含氫量不同的含氫非晶硅(a-Si：H)薄膜的方法，具體包括如下步驟：(1)利用等離子體化學氣相沉積設(shè)備在過飽和摻雜光電探測器的感光區(qū)域表面沉積50nm-100nm厚的含氫非晶硅薄膜，反應氣體硅烷與氫氣的體積比為2∶45-2∶55；(2)調(diào)節(jié)反應氣體硅烷與氫氣的體積比至2∶20-2∶30，在第一層含氫非晶硅薄膜上沉積第二層含氫非晶硅薄膜，厚度為50nm-100nm；優(yōu)選地，步驟(1)中過飽和摻雜光電探測器的表面摻雜濃度超過摻雜元素在基底材料中的固溶度(例如，對于硅基底，硫元素的過飽和摻雜濃度可以為1017cm-3-1021cm-3)，摻雜層的厚度為100nm-500nm。優(yōu)選地，步驟(1)中過飽和摻雜光電探測器的表面摻雜層可以為n+或p+層。進一步地，步驟(1)中所述的等離子體增強化學氣相沉積方法，其采用的設(shè)備的射頻頻率為13.56MHz，射頻功率為3W，反應氣體硅烷與氫氣，其體積比為2∶45-2∶55；反應時間為10-20分鐘，其中反應氣體壓力為253Pa，腔室溫度為325℃，得到厚度為50nm-100nm的含氫非晶硅薄膜。進一步地，步驟(2)中所述的等離子體增強化學氣相沉積方法，其采用的設(shè)備的射頻頻率為13.56MHz，射頻功率為3W，反應氣體硅烷與氫氣，其體積比為2∶20-2∶30；反應時間為10-20分鐘，其中反應氣體壓力為253Pa，腔室溫度為325℃，得到厚度為50nm-100nm的含氫非晶硅薄膜。有益效果：(1)含氫量較高的非晶硅薄膜含有大量的懸掛鍵，與器件感光面的表面懸掛鍵相結(jié)合，降低了感光面的表面缺陷。(2)含氫量較低的非晶硅薄膜，一方面減小了兩層鈍化膜之間的界面態(tài)，另一方面隔絕了空氣的污染。(3)該雙層含氫非晶硅薄膜結(jié)構(gòu)減小了光照下產(chǎn)生的光生載流子在器件表面的復合并且降低了器件的暗電流，提高了器件的響應度。(4)與常用的多層鈍化技術(shù)相比，工藝更為簡單。(5)鈍化層結(jié)構(gòu)簡單，鈍化效果顯著。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的一個實施例的器件在鈍化后的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖2是本專利技術(shù)的一個實施例的器件在鈍化前后暗電流對比圖；圖3是本專利技術(shù)的一個實施例的器件在鈍化前后光譜響應度對比圖。具體實施方式(1)根據(jù)過飽和摻雜的光電探測器感光表面的電極形狀與大小設(shè)計掩膜版；(2)將掩膜版蓋住探測器表面電極，露出感光區(qū)域；(3)利用等離子體化學氣相沉積設(shè)備在感光區(qū)域表面沉積50nm-100nm厚的含氫非晶硅薄膜，反應氣體硅烷與氫氣的體積比為2∶45-2∶55；(4)調(diào)節(jié)反應氣體硅烷與氫氣的體積比至2∶20-2∶30，在第一層含氫非晶硅薄膜上沉積第二層含氫非晶硅薄膜，厚度為50nm-100nm；(5)關(guān)閉沉積設(shè)備，取出器件，撤去掩膜版。為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施實例，并參照附圖，對本專利技術(shù)做進一步的詳細說明。實施實例圖1所示為依照本專利技術(shù)實施例應用表面過飽和摻雜光電探測器表面鈍化的方法制備的器件剖面結(jié)構(gòu)圖，圖中1-1是n型硅襯底，1-2是過飽和摻雜層，1-3是第一層含氫非晶硅薄膜，1-4是第二層含氫非晶硅薄膜，1-5是正面接觸電極，1-6是背面接觸電極。所示含氫非晶硅薄膜沉積過程具體步驟如下：(1)將帶有掩膜版的器件放入等離子體增強化學氣相沉積設(shè)備中，射頻頻率為13.56MHz，向該設(shè)備中通入反應氣體硅烷與氫氣，其體積比為2∶50；(2)調(diào)節(jié)起輝，調(diào)節(jié)射頻功率為3W；(3)反應約10分鐘，其中反應氣體壓力為253Pa，腔室溫度為325℃，襯底溫度為210℃，得到約50nm的含氫非晶硅薄膜；(4)調(diào)節(jié)流量計，將反應氣體硅烷與氫氣的體積比調(diào)節(jié)為2∶25；(5)射頻功率為不變，反應約10分鐘，其中反應氣體壓力為253Pa，腔室溫度為325℃，襯底溫度為210℃，得到約50nm的含氫非晶硅薄膜；(6)關(guān)閉射頻，停止通氣，沉積過程結(jié)束。圖2是本實施例中表面過飽和摻雜的光電探測器鈍化前后暗電流對比圖。如圖2所示，鈍化后的暗電流顯著減小，在-5V的偏壓下暗電流下降約一個量級。圖3是本實施例中表面過飽和摻雜的光電探測器鈍化前后光譜響應度對比圖。如圖3所示，鈍化后的光譜響應度明顯上升。綜上所述，本專利技術(shù)的方法是通過調(diào)節(jié)不同的反應氣體體積比，生長兩層含氫量不同的非晶硅薄膜，從而對表面過飽和摻雜的光電探測器表面進行有效鈍化。本專利技術(shù)的方法能夠有效減少器件表面的缺陷，降低光生載流子在器件表面的復合，從而有效降低器件的暗電流并且提高器件的光譜響應度，同時含氫非晶硅薄膜能夠阻擋感光面與外界環(huán)境的接觸，從而大幅提高表面過飽和摻雜光電探測器件的性能和可靠性。以上所述的具體實施例，對本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應該理解的是，以上所述僅為本專利技術(shù)的具體實施例而已，并不用于限制本專利技術(shù)，凡在本專利技術(shù)的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利技術(shù)的保護范圍之內(nèi)。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種表面過飽和摻雜光電探測器的表面鈍化方法，即在表面過飽和摻雜光電探測器的摻雜面覆蓋兩層含氫量不同的含氫非晶硅薄膜，其特征在于包括如下步驟：步驟1：將帶有掩膜版的器件放入沉積設(shè)備中，向該設(shè)備中通入反應氣體硅烷與氫氣，生長第一層含氫非晶硅薄膜。步驟2：調(diào)節(jié)反應氣體硅烷與氫氣的體積比，生長第二層含氫非晶硅薄膜。步驟3：關(guān)閉沉積設(shè)備，取出器件，撤去掩膜版，完成含氫非晶硅薄膜的制作。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種表面過飽和摻雜光電探測器的表面鈍化方法，即在表面過飽和摻雜光電探測器的摻雜面覆蓋兩層含氫量不同的含氫非晶硅薄膜，其特征在于包括如下步驟：步驟1：將帶有掩膜版的器件放入沉積設(shè)備中，向該設(shè)備中通入反應氣體硅烷與氫氣，生長第一層含氫非晶硅薄膜。步驟2：調(diào)節(jié)反應氣體硅烷與氫氣的體積比，生長第二層含氫非晶硅薄膜。步驟3：關(guān)閉沉積設(shè)備，取出器件，撤去掩膜版，完成含氫非晶硅薄膜的制作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面過飽和摻雜光電探測器的表面鈍化方法，其特征在于所述的含氫非晶硅薄膜通過等離子體增強化學氣相沉積法形成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟1中所述具體沉積工藝為：等...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳強，曾強，張春玲，
申請(專利權(quán))人：南開大學，
類型：發(fā)明
國別省市：天津,12