[發明專利]電場分布均勻的硅摻磷阻擋雜質帶探測器及其制作方法

有效

• 申請號: 201710338660.4
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107195700B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 張傳勝;王兵兵;王曉東;陳雨璐;侯麗偉;謝巍;潘鳴
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十研究所
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/101;H01L31/18
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發明提供了一種電場分布均勻的硅摻磷阻擋雜質帶探測器及其制作方法，所述探測器包括高導硅襯底，所述高導硅襯底上包括環形凹槽區域、臺面結構區域和外圍區域，所示臺面結構區域設置在環形凹槽區域中間，所示外圍區域設置在環形凹槽區域外側；所述環形凹槽區域內設置有環形負電極，臺面結構區域的表面設置有圓形正電極。本發明將圓形正電極制備在臺面結構區域，環形負電極制備在環形凹槽區域，降低了光生載流子被高導硅襯底中缺陷俘獲的幾率，增強了收集效率；采用環形負電極結構，相對于“V”槽負電極收集模式，圓形正電極和環形負電極間距小、結構對稱、電場分布均勻，進一步增強了光生載流子的收集能力，提高了探測器的靈敏度。

技術領域

本發明屬于太赫茲探測器件的制備技術領域，具體涉及一種電場分布均勻的硅摻磷阻擋雜質帶探測器及其制作方法，適用于制作高探測率的硅基阻擋雜質帶太赫茲探測器。

背景技術

太赫茲信號是指0.3-10THz范圍的電磁輻射，它具有穿透性強、分辨率高、定向性好等特點，利用這些特點而開發的太赫茲成像和測譜系統在深空探測、大氣監測、毒品檢測、質量控制、人體安檢與無損探傷等國防、天文及民用領域發揮了重要作用。其中，基于太赫茲技術的深空探測和大氣監測需要在天基探測平臺上完成，這主要是為了避免大氣對太赫茲信號的衰減作用，從而達到更高的信噪比。天基探測與傳統陸基探測相比，對系統分辨率、視場和幀率提出了更高的要求，因此作為核心部件的太赫茲探測器需要更高的靈敏度、更大的陣列規模及更快的響應速度。硅基阻擋雜質帶(BIB)探測器可實現40μm的太赫茲響應，是國際上公認為適合天基應用的太赫茲探測器。

電極對光生載流子的收集效率是衡量探測器靈敏度的重要指標，現有的硅基BIB探測器多采用“V”槽負電極收集模式，該模式通常是在高阻襯底上通過離子注入形成高導掩埋層，然后在掩埋層上外延生長吸收層和阻擋層，正電極設置在阻擋層頂部，負電極也設置在阻擋層頂部，并通過V槽與掩埋層相連，見Liao K.S.,Li N.,Wang C.,Li L.,et al.,“Extended mode in blocked impurity band detectors for terahertz radiationdetection”,Applied Physics Letters,Vol.105,pp 143501-1-143501-5和Zhu H.,XuJ.T.,Zhu J.Q.,Wang M.,et al.,“The effect of infrared plasmon on theperformance of Si-based THz detectors”,Journal of Materials Science Materialsin Electronics,Vol.28,pp 839-844。該模式中由于正電極和負電極均為方形電極，正負電極間形成的收集電場分布不均勻，因此不同位置的載流子收集能力相差甚遠，即正負電極間相距較近的位置收集能力強，而相距較遠的位置收集能力弱，由此影響了探測器整體的收集效果。此外，專利CN104993003A中公開了一種補償摻雜阻擋雜質帶太赫茲探測器芯片及其制備方法，該專利所述的探測器由于采用深硅刻蝕形成微臺面和刻蝕面，即探測器除微臺面以外的區域被全部刻蝕，因此存在刻蝕面積較大、刻蝕損傷較為嚴重的問題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供了一種電場分布均勻的硅摻磷阻擋雜質帶探測器及其制作方法。其中，本發明提供的結構將圓形正電極制備在臺面上表面，環形負電極制備在臺面下表面(即高導硅襯底上表面)，因此降低了光生載流子被高導硅襯底中缺陷俘獲的幾率，增強了收集效率；同時，本發明采用圍繞圓形正電極的環形負電極結構，相比于“V”槽負電極收集模式，正負電極間距小、結構對稱、電場分布均勻，因此進一步增強了光生載流子的收集能力，提高了探測器的靈敏度；而且，相比于現有的微臺面刻蝕的硅摻磷阻擋雜質帶探測器，本發明提供的制作方法中只需刻蝕寬度為100～200μm的凹槽，因此刻蝕面積大大縮小，極大地降低了刻蝕對探測器造成的損傷。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：