[发明专利]一种硅基宽光谱光电探测器的制备方法

说明书

本发明涉及一种硅基宽光谱光电探测器的制备方法，包括：将n型掺杂硅衬底清洗；在所述n型掺杂硅衬底底侧进行掺杂，形成N⁺区域；在所述N⁺区域底侧沉积金属接触材料，然后经过退火使所述金属接触材料与对应区域的所述顶层硅反应形成金属硅化物；在所述n型掺杂硅衬底顶侧进行钝化，形成钝化层；在所述钝化层表面形成n型/p型双层量子点；在所述量子点表面形成图形化透明电极。该方法制备得到的探测器从可见光到红外光均有高探测效率，并且可以与Si基CMOS集成电路相兼容，而且不会对衬底造成污染。

技术领域

本发明属于光电探测器制备领域，特别涉及一种硅基宽光谱光电探测器的制备方法。

背景技术

红外探测对环境的适应性优于可见光，可在夜间及恶劣环境下工作，且红外探测隐蔽性好，比雷达和激光探测更安全，对伪装目标识别率更高。与雷达系统相比，红外系统具有体积小、重量轻、功耗低等优点，因此在军事上红外探测可应用于红外夜视、红外制导、红外侦查等方面。红外探测技术不仅在军事方面有很多应用，通过对军事领域中的先进研究成果进行转换和工艺改进之后，红外探测器在民用领域中也有了广泛的应用，红外探测也可应用于健康监控、光通讯及三维目标识别等方面。

但是，红外探测系统由于使用区域不同、气候温度改变、目标伪装，红外诱饵释放等原因，会导致单一波段的探测系统获取信息的减弱，特别是当运动中的目标自身发生改变时，其红外辐射峰值波长将发生移动，将导致红外探器探测准确度大幅度下降甚至很可能根本无法探测到目标。为解决上述问题，可将红外光探测系统探测波长拓展至可见光范围内，实现宽波段光谱探测，目前的解决方案是采用两款芯片，即同时使用硅光电探测芯片(400-1100nm)和InGaAs光电探测芯片(900-1700nm)，但这一举措不仅增加成本、降低芯片集成度，而且在某些特殊应用如高光谱数据立方体中，分立探测器测量的光谱较难圆滑衔接。因此，将单一光探测器探测范围由可见光拓展至红外波段，实现宽波段探测具有十分重要的意义。

硅基CMOS集成电路工艺是先进半导体技术的主体，但硅材料受其禁带宽度限制，使得硅基光电探测器无法探测1100nm以上波长的光波，因此如何将红外探测集成到硅材料上是实现宽光谱传感与硅基集成电路结合的前提。为实现硅基红外集成，最初红外探测芯片是在硅基表面外延Ge或InGaAs等Ⅲ-Ⅴ族材料以拓宽该体系对光谱的吸收范围，但外延生长不仅增加了工艺的复杂性，还不可避免地会对硅衬底引入污染或掺杂。近年，黑硅被证实是一种有效的红外传感材料，黑硅制备过程中激光造成的微纳米非晶态缺陷会引入了较多的电子复合损耗，因此黑硅红外探测器探测率较低(10^-2-10^-1A/W)。胶体量子点是一类优异的红外及可见光吸收材料，它主要有以下几个优点：(1)具有优异的红外及可见光捕获能力并可以通过量子限制效应调节吸收截止波长；如PbS量子点的吸收波长理论值可从200nm拓宽至2400nm；(2)可通过溶液法进行合成，并用旋涂等低成本手段进行器件制作，易于和其它材料集成；(3)可通过调节其物理性能使其在常温下工作，不需要进行制冷，可以极大简化器件结构，降低成本。因此将胶体量子点与Si基衬底结合，有望制备出与现有集成电路相匹配的常温红外探测器。2015年，多伦多大学Sargent课题组利用碘甲烷钝化n型硅与p型胶体量子点界面，制备出纵向的光电探测器，获得了400-1300nm的响应，在1230nm光波长下，在0V偏压时，探测率为5×10¹⁰Jones。(Masala S,Adinolfi V,Sun J P,et al.TheSilicon:Colloidal Quantum Dot Heterojunction[J].Advanced Materials,2015,27(45):7445-7450.)

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种硅基宽光谱光电探测器的制备方法，以克服现有技术中光探测器从可见光到红外光探测效率低等缺陷。

本发明提供一种硅基宽光谱光电探测器的制备方法，包括：

(1)将n型掺杂硅衬底清洗，所述n型掺杂包括VA族元素掺杂；