[发明专利]一种MSM光电探测器的制备方法及MSM光电探测器

说明书

技术领域

本发明属于晶体硅技术领域，具体涉及一种MSM（metal Semiconductor metal）光电探测器的制备方法及MSM光电探测器。

背景技术

硅基光电探测器由于其易于集成的优点被广泛的应用于光电探测器，但硅基光电探测器在可见光和近红外光部分响应并不高。

重掺杂硫元素硅材料（sulfur hypedoped silicon）被认为是能够形成中间带杂质能级的材料，对于它的研究起始于对黑硅的研究。研究发现，黑硅在近红外部分能量小于禁带宽度的光吸收物理根源是硫元素的重掺杂。硅中重掺杂硫，材料发生了莫特相变，使得硅材料在红外部分的吸收显著提高。因此，重掺杂硫元素硅材料在光伏电池、通讯传感器等领域有十分重要的应用潜力。

目前，现有技术中，制备重掺杂硫元素硅材料的方法有激光辅助掺杂法和离子注入法，其中激光辅助掺杂法的掺杂浓度（最高约为10¹⁹atom/cm³）高于离子注入法的掺杂浓度（最高约为10¹⁶atom/cm3），激光辅助刻蚀法是将硅片至于六氟化硫气氛中，用飞秒激光扫描硅表面，硅表层向下0~500nm部分形成硫元素重掺杂，通过控制背景气体压强，飞秒（或纳秒）激光脉冲数，光强等参数达到控制内部硫元素掺杂水平的目的；离子注入法是常见的掺杂半导体的方法，由于其具有可控掺杂浓度和不受热力学平衡条件限制而大范围应用于半导体器件的重掺杂。激光辅助掺杂法优于离子注入法，但硫元素分布不够均匀，影响其光电性能。

目前，还没有发现将激光辅助掺杂法和离子注入法相结合制备重掺杂硫元素硅材料的方法，也没有同时辅助光刻胶获得金属铝叉指电极，从而制成MSM光电探测器的方法，也没有报道由该方法制成的MSM光电探测器。

发明内容

本发明的目的是提供一种MSM光电探测器的制备方法，该方法将激光辅助掺杂法和离子注入法相结合制备重掺杂硫元素硅材料，同时辅助光刻胶获得金属铝叉指电极，从而制成MSM光电探测器。

本发明的目的还在于提供一种由上述MSM光电探测器的制备方法制成的MSM光电探测器，该光电探测器可以在可见光和近红外区域有很高的响应。

本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的：一种MSM光电探测器的制备方法，含以下步骤：

（1）采用离子注入法在预处理后的晶体硅片中注入硫、硒或碲，使晶体硅片中硫、硒或碲元素的浓度为5×10^15~10¹⁶个原子数/cm³，然后对晶体硅片进行退火和清洗处理；

（2）将退火处理后的晶体硅片采用激光再次掺杂硫、硒或碲，使晶体硅片中硫、硒或碲元素的浓度为10¹⁹~10²¹个原子数/cm³，经退火处理在晶体硅表面形成重掺杂硫、硒或碲硅薄膜层；

（3）在重掺杂硫、硒或碲硅薄膜层表面接着沉积一层铝金属薄膜，该铝金属薄膜的厚度为50~100nm；

（4）在铝金属薄膜上旋涂一层光刻胶，并通过曝光和显影液处理形成叉指电极图形，将晶体硅片浸入碱液中，腐蚀掉未被光刻胶叉指电极图形保护的金属铝薄膜，并在重掺杂硫、硒或碲硅薄膜层表面非叉指电极图形区域生成一层二氧化硅薄膜，形成MSM光电探测器。

本发明步骤(1)中所述预处理优选包括对晶体硅表面采用丙酮进行清洁和采用氢氟酸去除晶体硅表面的氧化层。

本发明步骤(1)中清洗处理优选采用氢氟酸进行清洗以除去退火处理时表面形成的氧化层。