[发明专利]一种基于碳化硅单晶的X射线探测器及其制备方法

说明书

本发明属于半导体器件制备技术领域，涉及一种基于碳化硅单晶的X射线探测器及其制备方法。该探测器主要包括：高阻碳化硅单晶、高电子浓度n型碳化硅层、低电子浓度n型碳化硅层、高空穴浓度p型碳化硅层、低空穴浓度p型碳化硅层、二氧化硅保护层、p型碳化硅欧姆接触电极、n型碳化硅欧姆接触电极、和金引线电极。本发明提出一种有效而简便的工艺制造技术，解决了碳化硅基高能X射线探测器的制备难题，实现新型碳化硅辐射探测器的研制。

技术领域

本发明属于半导体器件制备技术领域，涉及一种基于碳化硅单晶的X射线探测器及其制备方法。

背景技术

以碳化硅为代表的第三代宽禁带半导体材料因其禁带宽度大、击穿场强高、电子饱和漂移速度高、耐腐蚀和抗辐照等突出优点，在高频、高功率、抗辐射等电子器件方面具有重要应用。特别是，碳化硅的禁带宽度达3.2eV、击穿电场可达3.0×10⁶V/cm、电离能为7.78eV、电阻率可达10¹²Ω·cm、熔点为2700℃、电子饱和速度2.0×10⁷cm/s，是研制半导体辐射探测器的理想材料。人们已经掌握了几种制备碳化硅单晶的方法，通过离子注入技术可以实现n型和p型导电特性，通过在生长过程中掺入钒元素可以制备出半绝缘的碳化硅。从已报道的研究结果来看，碳化硅材料主要用来制备电力电子器件和光电器件。在性能要求更高的X射线探测器研制方面(暗电流要尽可能小、载流子传输损耗尽可能小)，目前主要采用同质外延生长碳化硅的方法来完成器件结构的制备。受现有技术条件的限制，采用外延生长方法制备的碳化硅X射线探测器的探测灵敏区厚度一般不会超过150微米，对于具有很强穿透性的X射线来说，这一厚度无法使得具有较高能量X射线的能量得以充分沉积，从而直接影响探测器对于能量较高的X射线的探测灵敏度、探测效率和能量分辨率，或者直接导致无法对高能X射线进行探测。然而相比于外延生长碳化硅器件结构，采用碳化硅单晶进行X射线探测器的研制具有的优势为：1、单晶厚度可依据需要进行切割以满足高能X射线探测需求；2、单晶质量较高有利于载流子的有效收集。为此，本发明创新的提出采用碳化硅单晶进行X射线探测器的研制。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述制备碳化硅X射线探测器过程中所面临的诸多技术难题，提出一种基于碳化硅单晶的X射线探测器及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种基于碳化硅单晶的X射线探测器，包括高阻碳化硅单晶1、高电子浓度n型碳化硅层2、低电子浓度n型碳化硅层3、高空穴浓度p型碳化硅层4、低空穴浓度p型碳化硅层5、二氧化硅保护层6、p型碳化硅欧姆接触电极7、n型碳化硅欧姆接触电极8和金引线电极9；

所述的高阻碳化硅单晶1为主体结构；

所述的高电子浓度n型碳化硅层2嵌入至高阻碳化硅单晶1的上表面，二者的上表面平齐；

所述的低电子浓度n型碳化硅层3围绕高电子浓度n型碳化硅层2布置；

所述的二氧化硅保护层6围绕n型碳化硅欧姆接触电极8布置周围，整体覆盖在高阻碳化硅单晶1的上表面；

所述的两个金引线电极9位于氧化硅保护层6和n型碳化硅欧姆接触电极8交界处的上表面；

所述的高空穴浓度p型碳化硅层4嵌入至高阻碳化硅单晶1的下表面，二者的上表面平齐；

所述的低空穴浓度p型碳化硅层5围绕高空穴浓度p型碳化硅层4布置；

所述的p型碳化硅欧姆接触电极7为倒置的T型，顶部与高空穴浓度p型碳化硅层4接触；

所述的低空穴浓度p型碳化硅层5和p型碳化硅欧姆接触电极7之间的空隙填充有二氧化硅保护层6，将高阻碳化硅单晶1的下表面全部覆盖。

一种基于碳化硅单晶的X射线探测器的制备方法，步骤如下：