本發明專利技術實施例公開了一種制造硅基增強紅外吸收光電探測器的方法，包括：提供硅襯底材料；在硅襯底材料上形成周期性槽狀結構，獲得紅外吸收增強層；在紅外吸收增強層上形成勢壘增強層；在勢壘增強層上形成電極層。本發明專利技術的實施例中，紅外吸收增強層包括周期性槽狀結構，可以有效提高紅外波段吸收，并且在電極與吸收增強層之間增加了勢壘增強層，可以有效增加勢壘層高度，從而降低暗電流以及抑制噪聲。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及紅外光電探測器領域，尤其是涉及一種制造硅基增強紅外吸收光電探測器的方法及其光電探測器。
技術介紹
晶體硅是一種易提純、易摻雜、耐高溫的優良材料，在半導體行業中具有非常廣泛的應用。但同時娃材料本身也存在很多缺陷，如晶體娃表面對可見-紅外光的反射很高，而且由于本身禁帶寬度的限制，晶體硅不能吸收波長大于IlOOnm的光波。因此當入射光波波長大于IlOOnm時,娃基探測器對光的吸收率和響應率大幅降低。 目前在探測上一般使用鍺、砷化鎵銦等材料。但這些材料的價格較為昂貴、熱力學性能和晶體質量較差并且不能與現有的成熟的硅工藝兼容，這些特性都限制了其在硅基器件基礎上的應用。采用硅材料來制備紅外波段光電器件可以有效減少對此類材料的應用，克服這類材料工藝復雜、造價昂貴、含有鉛、汞等有毒物質的缺點。因此，增強硅材料吸收波段仍然是目前熱門的研究。為了減少晶體硅表面對紅外波段的反射，增加吸收效率，人們采用了許多實驗方法和技術，最常采用的是光刻技術、反應離子束刻蝕、電化學腐蝕等。這些技術都能在一定程度上改變晶體硅表面及近表面形貌，達到減少硅表面反射，加強紅外吸收的目的。
技術實現思路
本專利技術的目的之一是提供一種有效提高紅外波段吸收的制造硅基增強紅外吸收光電探測器的方法及其硅基增強紅外吸收光電探測器。本專利技術的目的之一是提供一種工藝簡單、可重復性以及兼容性強、適于大規模生產采用的提高紅外波段吸收的制造硅基增強紅外吸收光電探測器的方法。本專利技術實施例公開的技術方案包括 一種制造硅基增強紅外吸收光電探測器的方法，其特征在于，包括提供硅襯底材料；在所述硅襯底材料上形成周期性槽狀結構，獲得紅外吸收增強層；在所述紅外吸收增強層上形成勢壘增強層；在所述勢壘增強層上形成電極層。進一步地，所述在所述硅襯底材料上形成周期性槽狀結構包括在所述硅襯底材料上沉積形成掩膜層，所述掩膜層形成與所述周期性槽狀結構的圖案互補的圖案；刻蝕所述硅襯底材料的未被所述掩膜層覆蓋的部分，從而在所述硅襯底材料上形成所述周期性槽狀結構；去除所述掩膜層。進一步地，其中刻蝕所述硅襯底材料的未被所述掩膜層覆蓋的部分包括用反應離子刻蝕法、離子選擇注入輔助化學刻蝕法或者化學刻蝕法刻蝕所述硅襯底材料的未被所述掩膜層覆蓋的部分。進一步地，所述周期性槽狀結構的槽寬和/或周期與紅外波段光波波長相近或成比例。進一步地，所述在所述紅外吸收增強層上形成勢壘增強層包括在所述紅外吸收增強層上沉積二氧化硅層或者氮化硅層。進一步地，在所述勢壘增強層上形成電極層包括在所述勢壘增強層上形成預定圖案的電極層；刻蝕去除所述勢壘增強層的未被所述電極層覆蓋的部分。本專利技術的實施例還提供了一種硅基增強紅外吸收光電探測器，其特征在于，包括硅襯底材料；紅外吸收增強層，所述紅外吸收增強層形成在所述硅襯底材料上，并且包括周期性槽狀結構；勢壘增強層，所述勢壘增強層形成在所述紅外吸收增強層上；電極層，所述電極層形成在所述勢壘增強層上。 進一步地，所述周期性槽狀結構的槽寬和/或周期與紅外波段光波波長相近或成比例。進一步地，所述勢壘增強層為二氧化硅層或者氮化硅層。進一步地，所述勢壘增強層和所述電極層形成預定圖案。本專利技術的實施例中，紅外吸收增強層包括周期性槽狀結構，可以有效提高紅外波段吸收，并且在電極與吸收增強層之間增加了勢壘增強層，可以有效增加勢壘層高度，從而降低暗電流以及抑制噪聲。附圖說明圖I是本專利技術一個實施例的制造硅基增強紅外吸收光電探測器的方法的流程示意圖。圖2是本專利技術一個實施例的紅外吸收增強層的橫截面的示意圖。圖3是本專利技術一個實施例的硅基增強紅外吸收光電探測器的橫截面的示意圖。圖4是本專利技術另一個實施例的硅基增強紅外吸收光電探測器的俯視示意圖。具體實施例方式如圖I所示，本專利技術的一個實施例中，一種制造硅基增強紅外吸收光電探測器的方法包括步驟10、步驟12、步驟14和步驟16。步驟10 :提供硅襯底材料。本專利技術的實施例的方法中，制造的光電探測器是硅基的，因此，本實施例中，首先獲得硅襯底材料。該硅襯底材料可以是任何適合類型的硅襯底材料。例如，一個實施例中，硅襯底材料可以是磷擴散摻雜的N型硅襯底材料。當然，本領域技術人員可以理解，根據實際情況的選擇，也可以是任何其它適合類型的硅襯底材料。步驟12 :在硅襯底材料上形成紅外吸收增強層。獲得了硅襯底材料后，在步驟12中，可以在該硅襯底材料上形成增強紅外光吸收的結構，例如，可以在硅襯底材料上形成周期性槽狀結構，即成周期地分布在硅襯底材料上的微槽結構，從而在硅襯底材料上形成紅外吸收增強層。本專利技術的實施例中，該周期性槽狀結構可以是在硅襯底材料上形成(排列成)適當的圖案，只要這些圖案呈周期性排布或者分布即可。該周期性槽狀結構的橫截面可以是矩形、三角形等多種形狀。例如，圖2為本專利技術一個實施例的紅外吸收增強層的橫截面的示意圖。如圖2所示，在硅襯底材料5上形成了周期性槽狀結構6，此實例中，槽狀結構的橫截面為矩形。本專利技術的實施例中，該周期性槽狀結構的深度、槽寬(即該周期性槽狀結構在襯底材料的表面上的寬度)和/或周期(即該周期性槽狀結構在襯底材料的表面上分布的周期，例如鄰近的周期性槽狀結構之間的距離等等)可以是與紅外波段光波波長相近或者成比例的，以增強對紅外光的吸收。這里，與紅外波段光波波長“相近”是指與紅外波段光波的波長相等或者只有較小的偏差。 例如，本專利技術的一個實施例中，周期性槽狀結構的深度、槽寬和/或周期可以為1-2微米。本專利技術的實施例中，可以使用任何適合的方法在硅襯底材料上形成該周期性槽狀 結構。例如，一個實施例中，可以首先在硅襯底材料上沉積形成掩膜層，該掩膜層形成與該周期性槽狀結構的圖案互補的圖案；然后刻蝕硅襯底材料的未被該掩膜層覆蓋的部分至預定深度，從而在硅襯底材料上形成許多槽狀結構。由于掩膜層是形成了與周期性槽狀結構的圖案互補的圖案，因此刻蝕之后，這些槽狀結構即排列形成相應的圖案。這里，“周期性槽狀結構的圖案”是指預期的這些槽狀結構在硅襯底材料上排列形成的圖案。本專利技術的實施例中，在上述過程中使用掩膜層刻蝕硅襯底材料的未被掩膜層覆蓋的部分時，可以使用多種刻蝕方法，例如，反應離子刻蝕法、離子選擇注入輔助化學刻蝕法或者化學刻蝕法等等。例如，一個實施例中，使用反應離子刻蝕法進行刻蝕。此時，將形成了掩膜層的硅襯底材料置于已抽真空的反應腔內，通入反應氣體。其中反應氣體可以選擇氧基(O2)、氟基(SF6，CF4, CHF3等)、氯基(Cl2等)以及溴基(HBr等)氣體，例如可以選擇HBr/He、Cl2/02、CF4/O2> SF6/Ar, Cl2/Ar, SiCl4/Ar等多種氣體組合。刻蝕氣體的選擇以及詳細參數設置可以視所采用的反應離子刻蝕設備以及對將制造的光電探測器的具體要求而確定。例如，一個實施例中，具體的反應離子刻蝕的步驟和工藝參數包括經過清洗的帶掩膜層的N型硅襯底材料放入已抽至真空的反應腔內，同時通入SF6和C4F8氣體，在等離子體下兩種氣體與硅同時發生化學反應，側壁鈍化和刻蝕同時進行，通過這二者的化學平衡來實現陡直平滑刻蝕。具體工藝條件為SF6 87cm3/ min、C4F8 :200 cm3/ min、He :10cm3/ min,總壓力412Pa (帕斯卡)，時間30 m本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種制造硅基增強紅外吸收光電探測器的方法，其特征在于，包括：提供硅襯底材料；在所述硅襯底材料上形成周期性槽狀結構，獲得紅外吸收增強層；在所述紅外吸收增強層上形成勢壘增強層；在所述勢壘增強層上形成電極層。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李世彬，張鵬，蔣亞東，吳志明，李偉，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：
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