[發明專利]共面柵結構的紫外光探測器的制備方法

無效

• 申請號: 200810034103.4
• 申請日: 2008-02-29
• 公開（公告）號: CN101237009A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 王林軍;胡廣;祝雪豐;黃健;徐金勇;夏義本
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 上海上大專利事務所
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種基于(100)定向金剛石薄膜的共面柵結構紫外光探測器器件的制造方法，屬紫外光探測器器件制備工藝技術領域。

背景技術

紫外探測技術是繼紅外和激光探測技術之后發展起來的又一軍民兩用光電探測技術。僅就軍事高技術而言，紫外對抗與反對抗技術、紫外制導、紫外通訊、紫外/紅外復合制導及預警系統等，已引起軍方的高度重視。世界各國把固態紫外探測器技術列為當今研究開發的重點課題。CVD金剛石具有優異的物理、化學、機械性能及出眾的電學、光學特性，其中它的輻射硬度之高是別的材料所達不到的。因此它是制作應用于惡劣環境的紫外光探測器的理想材料，而金剛石的截止波長為225nm，可以在深紫外、真空紫外(100～300nm)范圍內發展具有高性能的紫外光探測器。基于上述原因，CVD金剛石薄膜紫外光探測器是實現高性能紫外探測的焦點和熱點，對其的研究也取得了豐碩的成果。

在生物醫學方面，英國Mahon等人將金剛石紫外光探測器應用到生物分子成像系統中以識別電泳分離的生物分子。1999年他們又利用金剛石探測器對瓊脂糖凝膠的DNA進行了探測與量化。金剛石紫外探測器對波長小于224nm的紫外光子很靈敏，此區域正是生物分子的高吸收區。在天文觀測方面，Hochedez等人將金剛石紫外光探測器用于ESA(歐洲空間局)太陽人造衛星上，可實現“光盲性”探測，并且克服了傳統探測器抗輻射和抗高溫能力差、價格昂貴的缺點，為空間太陽人造衛星的研究開辟了新紀元。在光刻技術方面，Whitfield等人首次將金剛石薄膜探測器應用于157nmF₂-He激光光刻工藝中。研究發現金剛石薄膜紫外光探測器在0～1.4mJcm^-2通量范圍內顯示出良好的響應。在±30V偏壓范圍內，器件增益呈線性，靈敏度約為10V/mJ·cm²，非常適宜于新一代IC制造中的157nmF₂-He步進光刻系統。

紫外光探測器的性能參數主要包括響應度(R)、光譜響應曲線及響應時間(t)噪聲等效功率(NEP)。對于金剛石膜紫外光探測器來說其性能很大程度上取決于金剛石膜質量和器件結構。在金剛石薄膜材料選擇上，國內外大多采用多晶金剛石薄膜作為探測材料。但是多晶金剛石薄膜由于內部存在大量不規則的晶界和缺陷，這些晶界和缺陷會吸收紫外光產生的電信號，從而降低探測器的信號強度，降低探測器的響應度(R)。因此，我們利用HFCVD法生長金剛石薄膜的生長工藝，獲得了均勻性好、厚度合適、光敏面積為2×2cm²的探測器級[100]定向金剛石薄膜，解決了紫外光探測器在材料方面的要求。

同樣，器件結構也對紫外光探測器的性能有著重大的影響。在器件結構的設計上，目前比較常用的器件結構有光導型和肖特基型。光導型探測器的電極一般采用梳狀結構UV輻照金剛石后載流子都在接近表面處形成，且表面的金剛石晶粒大，質量相對較好，電荷收集距離大，所以這種表面梳狀電極可以較快地收集載流子。梳狀結構的電極間距一般與晶粒平均尺寸相當，采用這種設計目的是為了讓載流子盡可能只在晶粒內傳輸，減少晶界的影響，提高收集效率。肖特基型探測器的載流子在耗盡層上產生，傳輸方向與兩個電極接觸都垂直，即平行于晶界，把晶界的影響降到最低。耗盡層的寬度幾乎與金剛石晶粒尺寸相等，光直接在耗盡層中得到吸收，其光電流比共平面器件的更高。此種結構的金剛石紫外探測器暗電流小于10pA，器件的響應時間小于20μs。并且光譜響應與暗電流幾乎不受溫度影響。另為，現在也出現了其他一些新型的紫外光探測器，比如基于場效應晶體管(FET)的紫外光探測器，基于金屬/金剛石/真空結構的紫外光探測器等等，在紫外探測響應強度上得到了很大的提高。以上各種結構的紫外光探測器雖然在性能上實現了一定的突破，基本上實現了紫外光探測。但是離高性能還存在著較大的差距，特別是由于多晶金剛石薄膜中的空穴遷移率過低而導致器件相應速度慢這一難題亟待解決。本發明通過采用新型的器件結構，很好地解決了這一難題。

發明內容

本發明的目的是提供一種共面柵結構的紫外光探測器器件的制備方法，本發明的另一目的是在高度定向的(100)金剛石薄膜材料上設計制作一種共面柵電極結構，以達到縮短探測器響應時間，提高探測器靈敏度的目的。