[發(fā)明專利]基于硅基PIN探測器的n-p-i-n光電三極管及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110278241.2
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113066889B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王寧;趙柏秦;王震
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/11
• 分類號: H01L31/11;H01L31/0352;H01L31/18;F42C13/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

一種基于硅基PIN探測器的n?p?i?n光電三極管及其制備方法，該n?p?i?n光電三極管包括襯底；本征I層，形成于襯底上；P+層，形成于本征I層上；N+層，形成于P+層上，作為n?p?i?n光電三極管的發(fā)射極；鈍化減反膜，形成于N+層上，用于保護n?p?i?n光電三極管的正面和對接收的紅外脈沖激光信號起到增透的效果；正面電極，形成于N+層上，通過環(huán)形刻蝕鈍化減反膜得到；以及背面電極，形成于襯底的背面。本發(fā)明的n?p?i?n光電三極管，在硅基PIN探測器的基礎(chǔ)上，通過在PIN探測器的P+層上進行一次高濃度的離子注入形成N+層，作為n?p?i?n光電三極管的發(fā)射極，實現(xiàn)了將PIN探測器轉(zhuǎn)化為n?p?i?n型光電三極管的新型器件結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導體光電器件設(shè)計及制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及硅基NPN光電三極管器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于硅基PIN探測器的n-p-i-n光電三極管及其制備方法。

背景技術(shù)

光電三極管屬于光電傳感器，也叫做光敏三極管或者光電晶體管，作為光電轉(zhuǎn)換的器件，被廣泛應(yīng)用在光信號的檢測、光信號的接收與放大、光信號的傳輸和隔離等方面，成為很多光電系統(tǒng)中不可缺少的器件。因為硅材料成本便宜，而且半導體硅工藝比較成熟，所以光電三極管大多數(shù)是硅材料制成的NPN型光電三極管，硅基光電三極管適合于紅外激光信號的探測，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通三極管類似，有三個區(qū)域，分別為發(fā)射極、集電極和基極以及兩個PN結(jié)構(gòu)成的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。在結(jié)構(gòu)上和NPN三極管的區(qū)別是，光電三極管的基極大多數(shù)不需要電極，在實際應(yīng)用中只有發(fā)射極和集電極需要電極引出，因此和光電二極管一樣可以作為兩端器件使用。

相比于光電二極管，光電三極管的優(yōu)勢在于可以將探測到的光電流信號在器件內(nèi)部進行放大，輸出信號為放大之后的光電流信號，放大倍數(shù)為三極管的放大倍數(shù)，即在同等的光照條件下，光電三極管的光電流信號遠大于光電二極管的光電流信號，靈敏度遠高于光電二極管。一方面光電三極管可以用來探測遠距離信號，因為光電三極管輸出端為放大之后的光電流信號，因此相對于光電二極管，可以提高輸出端信號的信噪比，增強探測系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性，另一方面可以做光電開關(guān)使用，工作狀態(tài)在飽和區(qū)和截止區(qū)之間轉(zhuǎn)換。雖然光電三極管有很多的優(yōu)勢，但是國內(nèi)關(guān)于光電三極管的研制并不多，國內(nèi)使用的大多數(shù)光電三極管也都需要進口。

本發(fā)明提出的光電三極管應(yīng)用在紅外激光引信系統(tǒng)中，探測的信號為紅外脈沖激光信號，相比于現(xiàn)有的硅基PIN探測器，本發(fā)明提出的基于PIN探測器的n-p-i-n光電三極管更具有實用價值，主要的創(chuàng)新點或者改進體現(xiàn)在三個方面。一是提出了一種新的器件結(jié)構(gòu)，即在PIN探測器器件的基礎(chǔ)上通過增加一層N+層，將光電二極管轉(zhuǎn)化為了光電三極管；二是在系統(tǒng)應(yīng)用時，n-p-i-n光電三極管相比于PIN探測器探測的光電流信號更大，這樣可以探測更遠距離的信號，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；三是通過將PIN探測器的信號進行放大，為后期的放大電路的設(shè)計可以帶來更多的靈活性。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的之一在于提出一種基于硅基PIN探測器的光電三極管及其制備方法，以期至少部分地解決上述技術(shù)問題中的至少之一。

為了實現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于硅基PIN探測器的n-p-i-n光電三極管，包括：

襯底，作為n-p-i-n光電三極管的集電極；

本征I層，形成于襯底上，作為n-p-i-n光電三極管集電結(jié)的耗盡區(qū)；

P+層，形成于本征I層上，作為n-p-i-n光電三極管的基極；

N+層，形成于P+層上，作為n-p-i-n光電三極管的發(fā)射極；

鈍化減反膜，形成于N+層上，用于保護n-p-i-n光電三極管的正面和對接收的紅外脈沖激光信號起到增透的效果；

正面電極，形成于N+層上，通過環(huán)形刻蝕鈍化減反膜得到；以及

背面電極，形成于襯底的背面。