[发明专利]一种新型碳化硅肖特基结极深紫外探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型碳化硅肖特基结极深紫外探测器及其制备方法，该新型碳化硅肖特基结极深紫外探测器，包括从下到上依次相接的n型欧姆接触电极、衬底、n型低掺外延层和n型肖特基接触电极，n型肖特基接触电极沿周边设有金属导电电极，金属导电电极沿周边设有钝化层。本发明有效规避了传统p‑i‑n结构常规紫外探测器在应用于极深紫外波段探测时，发生的极深紫外光子在表面高掺杂p型层中的强吸收，有效提升了极深紫外波段探测器的量子效率；进一步，通过将肖特基电极结构优化为不完全填充结构，更加有效地降低了极深紫外光子在金属电极表面的反射与吸收，进一步提升了肖特基结探测器在极深紫外波段尤其是真空紫外波段的量子效率。

技术领域

本发明涉及一种新型碳化硅肖特基结极深紫外探测器及其制备方法，属于半导体器件光电探测技术领域。

背景技术

极深紫外探测技术作为近年来新兴起的新型光电探测技术，其在等离子物理、卫星空间环境监测以及集成电路7nm及以下工艺制程光刻等科学研究和工业生产领域具备非常广阔的应用前景。极深紫外探测器主要用于探测波长范围位于10-200nm之间的短波长、高能量紫外光，由于该波段紫外光在应用场景中信号微弱、光子能量相对较高，所以要求对应极深紫外探测器具备良好的噪声特性和抗辐射能力，而上述要求是硅(Si)基探测器显然难以达到的。

相对于传统Si材料而言，作为宽禁带半导体材料典型代表的碳化硅(SiC)材料具备禁带宽度大、本征载流子浓度低、临界位移能高以及化学稳定性好的特性，在制备工作于紫外波段的光电探测器件方面具有显著的材料性能优势：4H-SiC的室温禁带宽度为3.26eV，对应截止波长为380nm，具备可见光盲特性，无需加装复杂而昂贵的滤光片，有效降低了紫外探测器的制造成本和工艺复杂度；三倍于Si材料的禁带宽度使得SiC基紫外探测器的漏电流大幅降低，从而有效提升了对于微弱极深紫外光信号的探测能力；SiC材料的临界位移能高达22eV，对于工作于强辐射环境中的极深紫外探测器而言，SiC基器件具备更好的辐射抗性和更长的器件寿命，这能够有效提升器件的稳定性并大幅降低设备的维护成本。

现阶段用于常规紫外波段探测的SiC基探测器主要为p-i-n结构，由于极深紫外光子在SiC等半导体材料中透射深度极浅，导致大量入射光子被表面的p型层吸收，这使得传统紫外探测器在用于极深紫外波段探测时量子效率极低。如何有效降低极深紫外光子的损耗、提高器件探测效率，是SiC基极深紫外探测器制备所面临的关键科学问题之一。

发明内容

本发明提供一种新型碳化硅肖特基结极深紫外探测器及其制备方法，以解决探测器在极深紫外波段尤其是真空紫外波段(100-200nm)入射光子透射效率低、器件探测效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种新型碳化硅肖特基结极深紫外探测器，包括从下到上依次相接的n型欧姆接触电极、衬底、n型低掺外延层和n型肖特基接触电极，n型肖特基接触电极沿周边设有金属导电电极，金属导电电极沿周边设有钝化层。

上述新型碳化硅肖特基结极深紫外探测器，不同于常规紫外波段探测器采用的p-i-n结构，该探测器采用了具备表面结的肖特基结构，有效规避了极深紫外光子在高掺杂p型层中的损耗，使得入射极深紫外光子从半透明肖特基金属电极处进入位于器件表面的有源吸收区，进而提升了器件在极深紫外波段尤其是真空紫外波段的探测效率。

n型欧姆接触电极，测试中接负电压；n型低掺外延层为接收入射光子的结构层，低的掺杂浓度使得器件在低偏置电压下便能获得较宽的耗尽区，并在高偏置电压下获得较低的漏电流；n型肖特基接触电极用于形成肖特基接触；金属导电电极可以有效提高器件的电流传输和电荷收集能力，用于封装打线，测试中接地极；钝化层，用于器件隔离。