[發(fā)明專利]一種基于碳化硅單晶的X射線探測(cè)器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810338112.6
• 申請(qǐng)日: 2018-04-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108493292B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁紅偉;夏曉川;張賀秋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/115
• 分類號(hào): H01L31/115;H01L31/0312;H01L31/18
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于碳化硅單晶的X射線探測(cè)器及其制備方法。該探測(cè)器主要包括：高阻碳化硅單晶、高電子濃度n型碳化硅層、低電子濃度n型碳化硅層、高空穴濃度p型碳化硅層、低空穴濃度p型碳化硅層、二氧化硅保護(hù)層、p型碳化硅歐姆接觸電極、n型碳化硅歐姆接觸電極、和金引線電極。本發(fā)明提出一種有效而簡(jiǎn)便的工藝制造技術(shù)，解決了碳化硅基高能X射線探測(cè)器的制備難題，實(shí)現(xiàn)新型碳化硅輻射探測(cè)器的研制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于碳化硅單晶的X射線探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)

以碳化硅為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料因其禁帶寬度大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、電子飽和漂移速度高、耐腐蝕和抗輻照等突出優(yōu)點(diǎn)，在高頻、高功率、抗輻射等電子器件方面具有重要應(yīng)用。特別是，碳化硅的禁帶寬度達(dá)3.2eV、擊穿電場(chǎng)可達(dá)3.0×10⁶V/cm、電離能為7.78eV、電阻率可達(dá)10¹²Ω·cm、熔點(diǎn)為2700℃、電子飽和速度2.0×10⁷cm/s，是研制半導(dǎo)體輻射探測(cè)器的理想材料。人們已經(jīng)掌握了幾種制備碳化硅單晶的方法，通過(guò)離子注入技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)n型和p型導(dǎo)電特性，通過(guò)在生長(zhǎng)過(guò)程中摻入釩元素可以制備出半絕緣的碳化硅。從已報(bào)道的研究結(jié)果來(lái)看，碳化硅材料主要用來(lái)制備電力電子器件和光電器件。在性能要求更高的X射線探測(cè)器研制方面(暗電流要盡可能小、載流子傳輸損耗盡可能小)，目前主要采用同質(zhì)外延生長(zhǎng)碳化硅的方法來(lái)完成器件結(jié)構(gòu)的制備。受現(xiàn)有技術(shù)條件的限制，采用外延生長(zhǎng)方法制備的碳化硅X射線探測(cè)器的探測(cè)靈敏區(qū)厚度一般不會(huì)超過(guò)150微米，對(duì)于具有很強(qiáng)穿透性的X射線來(lái)說(shuō)，這一厚度無(wú)法使得具有較高能量X射線的能量得以充分沉積，從而直接影響探測(cè)器對(duì)于能量較高的X射線的探測(cè)靈敏度、探測(cè)效率和能量分辨率，或者直接導(dǎo)致無(wú)法對(duì)高能X射線進(jìn)行探測(cè)。然而相比于外延生長(zhǎng)碳化硅器件結(jié)構(gòu)，采用碳化硅單晶進(jìn)行X射線探測(cè)器的研制具有的優(yōu)勢(shì)為：1、單晶厚度可依據(jù)需要進(jìn)行切割以滿足高能X射線探測(cè)需求；2、單晶質(zhì)量較高有利于載流子的有效收集。為此，本發(fā)明創(chuàng)新的提出采用碳化硅單晶進(jìn)行X射線探測(cè)器的研制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述制備碳化硅X射線探測(cè)器過(guò)程中所面臨的諸多技術(shù)難題，提出一種基于碳化硅單晶的X射線探測(cè)器及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于碳化硅單晶的X射線探測(cè)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(hù)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(jié)構(gòu)；

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(hù)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；

所述的兩個(gè)金引線電極9位于氧化硅保護(hù)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(hù)層6，將高阻碳化硅單晶1的下表面全部覆蓋。

一種基于碳化硅單晶的X射線探測(cè)器的制備方法，步驟如下：