【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于雪崩光電探測器，具體涉及一種si基ge?spad器件及其制備方法。
技術介紹
1、單光子雪崩二極管(single-photon?avalanche?diode，spad)是一種工作在蓋革模式的高性能雪崩光電探測器，能夠在極微弱的光照條件下實現光信號的高靈敏探測。近年來工作在紅外波段的spad探測器得到了大量的關注和研究。
2、現階段，用于探測紅外波長弱光信號的商用探測器主要有兩種：氮化鈮(niobiumnitride，nbn)為代表的超導納米線單光子探測器，以及ingaas/inp為代表的ⅲ-ⅴ族探測器。與上述探測器材料相比，ge材料的禁帶寬度較小(直接禁帶寬度0.67ev，間接禁帶寬度0.8ev)，具有1550nm波段高光吸收系數、高載流子遷移率且與標準的si工藝兼容等優勢，因此si基ge?spad結構已經成為下一代高性能紅外探測的重點研究方向。目前，si基ge?spad器件性能已經以得到了初步的研究，其下一步發展是盡可能降低暗計數率(dark?countrate，dcr)并改善光子探測效率(photon?detection?efficiency，pde)。
3、2019年，英國赫瑞-瓦特大學peter?vines等人設計制備了平面幾何結構si基gespad器件，如圖1的(a)圖所示，通過改變p+電荷層摻雜濃度實現了對ge吸收層和si倍增層的電場分布優化，有效降低了器件的dcr，提高了pde。此外，如圖1的(b)圖和(c)圖所示，選區離子注入形成的p+電荷層可以顯著降低ge吸收層側壁電場強
4、2024年，臺灣省artilux公司的neil?na等人在絕緣物上硅(silicon?oninsulator，soi)襯底上設計制備了臺面幾何結構的si基ge?spad器件，如圖2所示，該工作首次在室溫下實現了si基ge?spad器件的高性能紅外光探測。soi襯底的絕緣層用于隔離來自體硅襯底的漏電流。在電荷層上方引入屏蔽層有效降低了si臺面和ge臺面側壁處的電場強度，這有利于降低側壁暗電流對器件dcr的貢獻進而提高pde和靈敏度。此外，利用雙溫度生長技術在外延生長ge吸收層前生長si緩沖層明顯改善了si和ge界面處的晶格失配問題，使得si上直接外延ge吸收層的質量得到大幅提升，最終使器件整體具有了優異的光電探測性能。但是，盡管屏蔽層可有效降低si臺面和ge臺面側壁處的電場強度，但是屏蔽層的引入需要增加離子注入的次數，導致器件材料的晶格損傷進一步加劇，這會嚴重限制器件pde和靈敏度的提升。為形成ge臺面和si臺面需要經歷多次干/濕法刻蝕工藝，一方面給側壁引入大量缺陷，另一方面目前ge刻蝕工藝的發展不能滿足器件尺寸小型化的需要，這不利于器件性能的提升和實現大規模陣列的集成。
技術實現思路
1、為了解決現有技術中存在的上述問題，本專利技術提供了一種si基ge?spad器件及其制備方法。本專利技術要解決的技術問題通過以下技術方案實現：
2、本專利技術提供了一種si基ge?spad器件的制備方法，包括：
3、步驟1：在soi襯底的頂層硅離子注入形成n+-si電極接觸層；
4、步驟2：在所述n+-si電極接觸層上依次層疊制備i-si倍增層和絕緣層；
5、步驟3：刻蝕部分所述絕緣層露出所述i-si倍增層，形成電荷層窗口區域；
6、步驟4：利用原位摻雜工藝和原位生長工藝，在所述電荷層窗口區域的i-si倍增層上依次層疊制備p-si電荷層、i-ge吸收層和p+-ge電極接觸層；
7、步驟5：對所述絕緣層和i-si倍增層進行刻蝕，形成n+區接觸層通孔，在所述n+區接觸層通孔內以及所述p+-ge電極接觸層上，制備金屬化工藝定義電極；
8、步驟6：在所述p+-ge電極接觸層上制備抗反射層。
9、本專利技術提供了一種si基ge?spad器件，利用上述任一項實施例所述的si基ge?spad器件的制備方法制備得到，所述si基ge?spad器件包括：
10、soi襯底；
11、n+-si電極接觸層，位于所述soi襯底的頂層硅中；
12、i-si倍增層，位于所述n+-si電極接觸層上；
13、絕緣層，位于所述i-si倍增層上，所述絕緣層內自下而上層疊設置有p-si電荷層、i-ge吸收層和p+-ge電極接觸層，所述p-si電荷層與所述i-si倍增層接觸；
14、在所述絕緣層和所述i-si倍增層內設置有n+區接觸層通孔；
15、歐姆接觸區，設置在所述n+區接觸層通孔內的n+-si電極接觸層上；
16、金屬化工藝定義電極，設置在所述歐姆接觸區以及所述p+-ge電極接觸層上；
17、抗反射層，設置在所述p+-ge電極接觸層上，且位于所述p+-ge電極接觸層上的兩個金屬化工藝定義電極之間；
18、其中，所述p-si電荷層遠離所述i-si倍增層的側面、所述i-ge吸收層遠離所述p-si電荷層的側面，以及所述p+-ge電極接觸層遠離所述i-ge吸收層的側面均為中部朝向遠離所述soi襯底方向凸起的弧面。
19、與現有技術相比，本專利技術的有益效果在于：
20、1.本專利技術的si基ge?spad器件的制備方法，通過引入原位生長和原為摻雜工藝制備p-si電荷層、i-ge吸收層和p+-ge電極接觸層，相比于現有技術采用多次離子注入和刻蝕工藝的si基ge?spad器件制備方法，本專利技術能避免引入大量晶格缺陷，降低器件臺面側壁的缺陷量級和晶格損傷程度，從而提高了器件靈敏度和探測效率。
21、2.本專利技術的si基ge?spad器件的制備方法，采用原位生長和原為摻雜工藝能夠實現接近理想的體均勻摻雜，可以精細地控制材料的形核和生長速度，從而實現對納米尺寸的精確調控，滿足了器件尺寸小型化的需要。而且制備工藝步驟簡單、器件制備成本較低。
22、3.本專利技術的si基ge?spad器件，p+-ge電極接觸層為中部朝向遠離所述soi襯底方向凸起的弧面，能夠使電場更多在器件體內集中，減小了側壁處的電場強度，從而減小了大電場下側壁泄露電流，改善了器件的整體性能。
23、上述說明僅是本專利技術技術本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種Si基Ge?SPAD器件的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的Si基Ge?SPAD器件的制備方法，其特征在于，在所述步驟1中，所述SOI襯底的頂層硅離子注入的摻雜元素為磷、砷、銻或鉍，離子注入的濃度為1×1019～5×1019cm-2。
3.根據權利要求1所述的Si基Ge?SPAD器件的制備方法，其特征在于，所述步驟2包括：
4.根據權利要求1所述的Si基Ge?SPAD器件的制備方法，其特征在于，所述步驟4包括：
5.根據權利要求1所述的Si基Ge?SPAD器件的制備方法，其特征在于，所述p-Si電荷層的p型離子摻雜濃度為8×1016-3×1017cm-2。
6.根據權利要求1所述的Si基Ge?SPAD器件的制備方法，其特征在于，所述p+-Ge電極接觸層的p型離子摻雜濃度為1×1019-5×1019cm-2。
7.根據權利要求1所述的Si基Ge?SPAD器件的制備方法，其特征在于，所述p-Si電荷層遠離所述i-Si倍增層的側面、所述i-Ge吸收層遠離所述p-Si電荷層的側面，以及所述
8.根據權利要求1所述的Si基Ge?SPAD器件的制備方法，其特征在于，所述步驟5包括：
9.根據權利要求1所述的Si基Ge?SPAD器件的制備方法，其特征在于，所述抗反射層材料為SiN或甲基硅烷化硅，所述抗反射層的厚度為5-10nm。
10.一種Si基Ge?SPAD器件，其特征在于，利用權利要求1-9任一項所述的Si基Ge?SPAD器件的制備方法制備得到，所述Si基Ge?SPAD器件包括：
...【技術特征摘要】
1.一種si基ge?spad器件的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的si基ge?spad器件的制備方法，其特征在于，在所述步驟1中，所述soi襯底的頂層硅離子注入的摻雜元素為磷、砷、銻或鉍，離子注入的濃度為1×1019～5×1019cm-2。
3.根據權利要求1所述的si基ge?spad器件的制備方法，其特征在于，所述步驟2包括：
4.根據權利要求1所述的si基ge?spad器件的制備方法，其特征在于，所述步驟4包括：
5.根據權利要求1所述的si基ge?spad器件的制備方法，其特征在于，所述p-si電荷層的p型離子摻雜濃度為8×1016-3×1017cm-2。
6.根據權利要求1所述的si基ge?spad器件的制備方法，其特征在于，所述p+-ge電極接觸層的p型離子摻...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王利明，劉陽，高亮，苗田，胡進，張寧寧，王夏宇，李棟，馬瑞，胡輝勇，朱樟明，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：
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