[發(fā)明專利]一種具有橫向結(jié)硅基光電探測(cè)器的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010945696.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN112054086A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳強(qiáng);黃松;進(jìn)曉榮;劉瑤瑤;宋冠廷;周旭;張春玲;姚江宏;許京軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/101
• 分類號(hào): H01L31/101;H01L31/18;H01L31/0352
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種具有低暗電流的橫向結(jié)硅基光電探測(cè)器的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1：選取單晶硅片，并對(duì)所選硅片進(jìn)行預(yù)處理；

步驟2：選取預(yù)處理后的單晶硅，通過脈沖激光在特定氣氛或真空中輻照單晶硅表面特定區(qū)域，制備過飽和摻雜層，即獲得黑硅表面；

步驟3：對(duì)制備好的黑硅材料進(jìn)行退火處理，激活過飽和摻雜黑硅層中的雜質(zhì)原子，并修復(fù)晶格，去除結(jié)構(gòu)缺陷；

步驟4：在黑硅表面除電極接觸區(qū)域以外的區(qū)域鍍上鈍化層，以保護(hù)黑硅表面，以及隔絕空氣污染和氧化；

步驟5：在硅和黑硅的電極接觸區(qū)域分別鍍上接觸電極；至此完成橫向結(jié)硅基光電探測(cè)器的制備。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向結(jié)硅基光電探測(cè)器的制備方法，其特征在于，步驟1中所選單晶硅既可以是n型也可以是p型，厚度為5μm-500μm(微米)，半導(dǎo)體晶片的晶向、電阻率和大小不限。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向結(jié)硅基光電探測(cè)器的制備方法，其特征在于，步驟1中的預(yù)處理過程包括但不限于：(1)將單晶硅片切割成一定尺寸的小塊；(2)通過RCA清洗法對(duì)單晶硅進(jìn)行清洗；(3)通過鍍膜工藝或薄膜生長(zhǎng)工藝在硅表面沉積一層一定厚度的含有摻雜物質(zhì)的薄膜。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述橫向結(jié)硅基光電探測(cè)器的制備方法，其特征在于，步驟2中所述的脈沖激光輻照制備過飽和摻雜黑硅表面的具體步驟為：

(1)將預(yù)處理后的單晶硅材料固定在真空腔內(nèi)的三維平移臺(tái)上，在平移臺(tái)的驅(qū)動(dòng)下，樣品在垂直于入射激光的平面上作二維運(yùn)動(dòng)，通過三維平移臺(tái)的參數(shù)設(shè)置選擇合適的移動(dòng)范圍和移動(dòng)速度，以控制脈沖激光過飽和摻雜和改性的區(qū)域面積和掃描速度，配合快門的開關(guān)實(shí)現(xiàn)不同圖案和結(jié)構(gòu)的制備；

(2)抽真空，真空度為10⁰-10^-5Pa，然后，充入小于1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的特定氣體，如六氟化硫、氮?dú)獾龋蛘婵諣顟B(tài)保持；

(3)脈沖激光掃描：通過控制平移臺(tái)使樣品在垂直于入射激光方向的平面上作二維運(yùn)動(dòng)；入射脈沖激光的脈寬為5fs-100ns，通過一個(gè)格蘭-泰勒棱鏡和一個(gè)半波片調(diào)節(jié)輻照到單晶硅表面激光的偏振方向和功率大小，使輻照在單晶硅表面接的激光通量為0.01kJ/m²-100kJ/m²，單位面積上接收到的脈沖數(shù)為1-5000個(gè)，由此來(lái)控制表面改性強(qiáng)度和摻雜濃度；既可以逐行掃描加工大面積的過飽和摻雜層，也可以設(shè)定不同掃描圖案和路徑或與快門開關(guān)相配合來(lái)制備微區(qū)過飽和摻雜層和不同圖案的過飽和摻雜層；

(4)掃描結(jié)束后，抽出真空腔內(nèi)的氣體，再充入氮?dú)庵烈粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即可打開真空腔蓋，取出樣品硅片，檢測(cè)加工過的區(qū)域，即黑硅層，呈黑色或深灰色；經(jīng)過上述步驟處理的硅材料表面形成了準(zhǔn)周期排列的微納結(jié)構(gòu)，并摻入了大量的雜質(zhì)元素。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述橫向結(jié)硅基光電探測(cè)器的制備方法，其特征在于，步驟3所述的退火的方法可以選擇快速熱退火，管式爐退火，超快脈沖激光退火，飛秒激光退火等方法中的其中一種或其組合。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述橫向結(jié)硅基光電探測(cè)器的制備方法，其特征在于，步驟4所述鈍化層的制備方法包括電阻熱蒸發(fā)法、磁控濺射法、電子束蒸發(fā)法、脈沖激光沉積法、化學(xué)氣相沉積法、異質(zhì)外延法生長(zhǎng)法等；鈍化材料是Al₂O₃、SiN_x、Si₂O₃、a-Si：H、磷硅玻璃、聚酰亞胺等中的一種或其組合，掩模方式可以是通過光刻圖案后制備鈍化層，制備鈍化層后光刻去除電極接觸區(qū)域的鈍化層，也可以通過掩模版掩模后制備鈍化層。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述橫向結(jié)硅基光電探測(cè)器的制備方法，其特征在于，步驟5所述黑硅和硅的電極接觸區(qū)域的接觸電極的制備方法可以為電阻熱蒸發(fā)法、磁控濺射法、電子束蒸發(fā)法或脈沖激光沉積法；電極材料是鋁、金、銀、鉻、鎳、鈦或鉑中的一種或其組合；電極形狀可制備為矩形、環(huán)狀、圓形、橢圓形、或其他不規(guī)則圖形；掩模方式可以是通過光刻圖案后制備金屬電極，也可以通過物理掩模版掩模后制備金屬電極。