[發明專利]一種硅基寬光譜光電探測器的制備方法

有效

• 申請號: 202010525007.0
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111739963B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 鄭理;周文;程新紅;俞躍輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/09;H01L31/18
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 魏峯;黃志達

本發明涉及一種硅基寬光譜光電探測器的制備方法，包括：將n型摻雜硅襯底清洗；在所述n型摻雜硅襯底底側進行摻雜，形成N⁺區域；在所述N⁺區域底側沉積金屬接觸材料，然后經過退火使所述金屬接觸材料與對應區域的所述頂層硅反應形成金屬硅化物；在所述n型摻雜硅襯底頂側進行鈍化，形成鈍化層；在所述鈍化層表面形成n型/p型雙層量子點；在所述量子點表面形成圖形化透明電極。該方法制備得到的探測器從可見光到紅外光均有高探測效率，并且可以與Si基CMOS集成電路相兼容，而且不會對襯底造成污染。

技術領域

本發明屬于光電探測器制備領域，特別涉及一種硅基寬光譜光電探測器的制備方法。

背景技術

紅外探測對環境的適應性優于可見光，可在夜間及惡劣環境下工作，且紅外探測隱蔽性好，比雷達和激光探測更安全，對偽裝目標識別率更高。與雷達系統相比，紅外系統具有體積小、重量輕、功耗低等優點，因此在軍事上紅外探測可應用于紅外夜視、紅外制導、紅外偵查等方面。紅外探測技術不僅在軍事方面有很多應用，通過對軍事領域中的先進研究成果進行轉換和工藝改進之后，紅外探測器在民用領域中也有了廣泛的應用，紅外探測也可應用于健康監控、光通訊及三維目標識別等方面。

但是，紅外探測系統由于使用區域不同、氣候溫度改變、目標偽裝，紅外誘餌釋放等原因，會導致單一波段的探測系統獲取信息的減弱，特別是當運動中的目標自身發生改變時，其紅外輻射峰值波長將發生移動，將導致紅外探器探測準確度大幅度下降甚至很可能根本無法探測到目標。為解決上述問題，可將紅外光探測系統探測波長拓展至可見光范圍內，實現寬波段光譜探測，目前的解決方案是采用兩款芯片，即同時使用硅光電探測芯片(400-1100nm)和InGaAs光電探測芯片(900-1700nm)，但這一舉措不僅增加成本、降低芯片集成度，而且在某些特殊應用如高光譜數據立方體中，分立探測器測量的光譜較難圓滑銜接。因此，將單一光探測器探測范圍由可見光拓展至紅外波段，實現寬波段探測具有十分重要的意義。

硅基CMOS集成電路工藝是先進半導體技術的主體，但硅材料受其禁帶寬度限制，使得硅基光電探測器無法探測1100nm以上波長的光波，因此如何將紅外探測集成到硅材料上是實現寬光譜傳感與硅基集成電路結合的前提。為實現硅基紅外集成，最初紅外探測芯片是在硅基表面外延Ge或InGaAs等Ⅲ-Ⅴ族材料以拓寬該體系對光譜的吸收范圍，但外延生長不僅增加了工藝的復雜性，還不可避免地會對硅襯底引入污染或摻雜。近年，黑硅被證實是一種有效的紅外傳感材料，黑硅制備過程中激光造成的微納米非晶態缺陷會引入了較多的電子復合損耗，因此黑硅紅外探測器探測率較低(10^-2-10^-1A/W)。膠體量子點是一類優異的紅外及可見光吸收材料，它主要有以下幾個優點：(1)具有優異的紅外及可見光捕獲能力并可以通過量子限制效應調節吸收截止波長；如PbS量子點的吸收波長理論值可從200nm拓寬至2400nm；(2)可通過溶液法進行合成，并用旋涂等低成本手段進行器件制作，易于和其它材料集成；(3)可通過調節其物理性能使其在常溫下工作，不需要進行制冷，可以極大簡化器件結構，降低成本。因此將膠體量子點與Si基襯底結合，有望制備出與現有集成電路相匹配的常溫紅外探測器。2015年，多倫多大學Sargent課題組利用碘甲烷鈍化n型硅與p型膠體量子點界面，制備出縱向的光電探測器，獲得了400-1300nm的響應，在1230nm光波長下，在0V偏壓時，探測率為5×10¹⁰Jones。(Masala S,Adinolfi V,Sun J P,et al.TheSilicon:Colloidal Quantum Dot Heterojunction[J].Advanced Materials,2015,27(45):7445-7450.)

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種硅基寬光譜光電探測器的制備方法，以克服現有技術中光探測器從可見光到紅外光探測效率低等缺陷。

本發明提供一種硅基寬光譜光電探測器的制備方法，包括：

(1)將n型摻雜硅襯底清洗，所述n型摻雜包括VA族元素摻雜；