[發明專利]一種基于碳化硅單晶的X射線探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201810338112.6
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108493292B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 梁紅偉;夏曉川;張賀秋
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01L31/115
• 分類號: H01L31/115;H01L31/0312;H01L31/18
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

1.一種基于碳化硅單晶的X射線探測器，其特征在于，所述的基于碳化硅單晶的X射線探測器包括高阻碳化硅單晶1、高電子濃度n型碳化硅層2、低電子濃度n型碳化硅層3、高空穴濃度p型碳化硅層4、低空穴濃度p型碳化硅層5、二氧化硅保護層6、p型碳化硅歐姆接觸電極7、n型碳化硅歐姆接觸電極8和金引線電極9；

所述的高阻碳化硅單晶1為主體結構；所述的高電子濃度n型碳化硅層2嵌入至高阻碳化硅單晶1的上表面，二者的上表面平齊；所述的低電子濃度n型碳化硅層3圍繞高電子濃度n型碳化硅層2布置；所述的二氧化硅保護層6圍繞n型碳化硅歐姆接觸電極8布置周圍，整體覆蓋在高阻碳化硅單晶1的上表面；兩個所述的金引線電極9位于氧化硅保護層6和n型碳化硅歐姆接觸電極8交界處的上表面；

所述的高空穴濃度p型碳化硅層4嵌入至高阻碳化硅單晶1的下表面，二者的上表面平齊；所述的低空穴濃度p型碳化硅層5圍繞高空穴濃度p型碳化硅層4布置；所述的p型碳化硅歐姆接觸電極7為倒置的T型，頂部與高空穴濃度p型碳化硅層4接觸；所述的低空穴濃度p型碳化硅層5和p型碳化硅歐姆接觸電極7之間的空隙填充有二氧化硅保護層6，將高阻碳化硅單晶1的下表面全部覆蓋。

2.一種基于碳化硅單晶的X射線探測器的制備方法，其特征在于，步驟如下：

步驟1：在高阻碳化硅單晶1的上表面和下表面，采用多次光刻掩膜沉積，制備圖形化AlN離子注入阻擋層，分別為AlN離子注入阻擋層a10、AlN離子注入阻擋層b11和AlN離子注入阻擋層c12；AlN離子注入阻擋層a10厚度為10nm～10μm，直徑占整個樣品邊長的50％～90％；AlN離子注入阻擋層b11厚度為10nm～15μm，環面寬度占整個樣品邊長的5％～30％；AlN離子注入阻擋層c12厚度為10nm～20μm，覆蓋區域為除AlN離子注入阻擋層a10和AlN離子注入阻擋層b11的所有區域；

步驟2：采用離子注入和熱退火的方法在高阻碳化硅單晶1的上表面形成電子濃度橫向分布的n型碳化硅層，在高阻碳化硅單晶1的下表面形成空穴濃度橫向分布的p型碳化硅層；n型碳化硅層和p型碳化硅層的厚度為10nm～10μm；n型碳化硅層包括高電子濃度n型碳化硅層2和低電子濃度n型碳化硅層3，低電子濃度n型碳化硅層3圍繞電子濃度n型碳化硅層2布置，高電子濃度n型碳化硅層2的電子濃度為5.0×10¹⁶cm^-3～5.0×10¹⁹cm^-3，低電子濃度n型碳化硅層3的電子濃度范圍為5.0×10¹⁵cm^-3～5.0×10¹⁸cm^-3；p型碳化硅層包括高空穴濃度p型碳化硅層4和低空穴濃度p型碳化硅層5，低空穴濃度p型碳化硅層5圍繞高空穴濃度p型碳化硅層4布置，高空穴濃度p型碳化硅層的空穴濃度為5.0×10¹⁶cm^-3～5.0×10¹⁹cm^-3，低空穴濃度p型碳化硅層5的空穴濃度為5.0×10¹⁵cm^-3～5.0×10¹⁸cm^-3；

步驟3：保護碳化硅單晶1上表面的AlN層，濕法腐蝕掉碳化硅單晶1下表面的AlN層，在碳化硅單晶1下表面沉積二氧化硅保護層6；利用光刻掩膜技術和HF濕法腐蝕技術在二氧化硅保護層6上開孔；利用光刻掩膜技術、沉積技術和熱退火技術，制備圖形化的p型碳化硅歐姆接觸電極7；

其中，二氧化硅保護層6的厚度為10nm～10μm；開孔面積與高空穴濃度p型碳化硅層4面積一致；p型碳化硅歐姆接觸電極7厚度為10nm～15μm，寬度介于開孔和碳化硅單晶1下表面邊沿之間；

步驟4：濕法腐蝕掉碳化硅單晶1上表面的AlN層，在碳化硅單晶1上表面沉積二氧化硅保護層6；利用光刻掩膜技術和HF濕法腐蝕技術在二氧化硅保護層6上開孔；利用光刻掩膜技術和鍍膜技術，制備圖形化的n型碳化硅歐姆接觸電極8；利用光刻掩膜技術、沉積技術和熱退火技術，制備圖形化的金引線電極9；

其中，二氧化硅保護層6的厚度為10nm～10μm；開孔面積與高電子濃度n型碳化硅層2面積一致；n型碳化硅歐姆接觸電極8的厚度為10nm～15μm，面積與開孔面積一致；金引線電極9的厚度為10nm～10μm，覆蓋面積介于從高阻碳化硅單晶1上表面邊沿延伸至10％孔徑之間。