[发明专利]电场分布均匀的硅掺磷阻挡杂质带探测器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种电场分布均匀的硅掺磷阻挡杂质带探测器及其制作方法，所述探测器包括高导硅衬底，所述高导硅衬底上包括环形凹槽区域、台面结构区域和外围区域，所示台面结构区域设置在环形凹槽区域中间，所示外围区域设置在环形凹槽区域外侧；所述环形凹槽区域内设置有环形负电极，台面结构区域的表面设置有圆形正电极。本发明将圆形正电极制备在台面结构区域，环形负电极制备在环形凹槽区域，降低了光生载流子被高导硅衬底中缺陷俘获的几率，增强了收集效率；采用环形负电极结构，相对于“V”槽负电极收集模式，圆形正电极和环形负电极间距小、结构对称、电场分布均匀，进一步增强了光生载流子的收集能力，提高了探测器的灵敏度。

技术领域

本发明属于太赫兹探测器件的制备技术领域，具体涉及一种电场分布均匀的硅掺磷阻挡杂质带探测器及其制作方法，适用于制作高探测率的硅基阻挡杂质带太赫兹探测器。

背景技术

太赫兹信号是指0.3-10THz范围的电磁辐射，它具有穿透性强、分辨率高、定向性好等特点，利用这些特点而开发的太赫兹成像和测谱系统在深空探测、大气监测、毒品检测、质量控制、人体安检与无损探伤等国防、天文及民用领域发挥了重要作用。其中，基于太赫兹技术的深空探测和大气监测需要在天基探测平台上完成，这主要是为了避免大气对太赫兹信号的衰减作用，从而达到更高的信噪比。天基探测与传统陆基探测相比，对系统分辨率、视场和帧率提出了更高的要求，因此作为核心部件的太赫兹探测器需要更高的灵敏度、更大的阵列规模及更快的响应速度。硅基阻挡杂质带(BIB)探测器可实现40μm的太赫兹响应，是国际上公认为适合天基应用的太赫兹探测器。

电极对光生载流子的收集效率是衡量探测器灵敏度的重要指标，现有的硅基BIB探测器多采用“V”槽负电极收集模式，该模式通常是在高阻衬底上通过离子注入形成高导掩埋层，然后在掩埋层上外延生长吸收层和阻挡层，正电极设置在阻挡层顶部，负电极也设置在阻挡层顶部，并通过V槽与掩埋层相连，见Liao K.S.,Li N.,Wang C.,Li L.,et al.,“Extended mode in blocked impurity band detectors for terahertz radiationdetection”,Applied Physics Letters,Vol.105,pp 143501-1-143501-5和Zhu H.,XuJ.T.,Zhu J.Q.,Wang M.,et al.,“The effect of infrared plasmon on theperformance of Si-based THz detectors”,Journal of Materials Science Materialsin Electronics,Vol.28,pp 839-844。该模式中由于正电极和负电极均为方形电极，正负电极间形成的收集电场分布不均匀，因此不同位置的载流子收集能力相差甚远，即正负电极间相距较近的位置收集能力强，而相距较远的位置收集能力弱，由此影响了探测器整体的收集效果。此外，专利CN104993003A中公开了一种补偿掺杂阻挡杂质带太赫兹探测器芯片及其制备方法，该专利所述的探测器由于采用深硅刻蚀形成微台面和刻蚀面，即探测器除微台面以外的区域被全部刻蚀，因此存在刻蚀面积较大、刻蚀损伤较为严重的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种电场分布均匀的硅掺磷阻挡杂质带探测器及其制作方法。其中，本发明提供的结构将圆形正电极制备在台面上表面，环形负电极制备在台面下表面(即高导硅衬底上表面)，因此降低了光生载流子被高导硅衬底中缺陷俘获的几率，增强了收集效率；同时，本发明采用围绕圆形正电极的环形负电极结构，相比于“V”槽负电极收集模式，正负电极间距小、结构对称、电场分布均匀，因此进一步增强了光生载流子的收集能力，提高了探测器的灵敏度；而且，相比于现有的微台面刻蚀的硅掺磷阻挡杂质带探测器，本发明提供的制作方法中只需刻蚀宽度为100～200μm的凹槽，因此刻蚀面积大大缩小，极大地降低了刻蚀对探测器造成的损伤。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：