[发明专利]一种基于微纳米复合结构的黑硅紫外PIN型光电传感器

说明书

本发明公开了一种基于微纳米复合结构的黑硅紫外PIN型光电传感器，由硅衬底、设置在硅衬底正面的黑硅结构、位于硅衬底正面的P型掺杂区、位于硅衬底背面的N型掺杂区、覆盖在黑硅结构上的氧化铝薄膜以及设置在硅衬底和黑硅结构上的金电极构成，所述黑硅结构由微米结构和纳米结构复合而成；所述微米结构经MEMS工艺光刻成相应图形，再通过Bosch刻蚀形成；所述纳米结构为在微米结构的基础上采用光刻工艺形成相应图形，再通过等离子体浸没刻蚀形成。本发明将光电传感器的探测范围扩展到近紫外光范围，使得在保证光电传感器低反射率的同时又具有理想的量子效率和响应速度。

技术领域

本发明涉及光电传感器领域，具体涉及一种基于微纳米复合结构的黑硅紫外PIN型光电传感器。

背景技术

随着微电子技术的迅速发展，相关的技术和工艺也促进了光电子技术的进步，在光电子技术中，探测就像“人眼”一样，是人们探索和揭示未知世界不可或缺的重要技术手段。在众多的探测器件或者装备中，半导体探测器由于采用半导体材料，具有体积小、重量轻、抗震动、效率高、功耗低、寿命长、以及光谱范围广等优点，成为实现光信号探测的重要“载体”，半导体光电探测器是基于光生载流子这一基本物理现象，能够将光信号转化成电信号的一种光电器件，能够判断光信号的有无、强弱、位置、颜色等。

在所有半导体光电探测器中，硅基光电探测器是发展时间最长、工艺最成熟的器件。其中PIN型硅基光电探测器又是最常采用的光电探测器结构之一，属于光伏型器件。它是由一个PIN结构成，其中“P”代表P+型掺杂半导体，“N”代表N+型掺杂半导体，“I”代表本征半导体，是在P型半导体和N型半导体之间的一层非掺杂或轻掺杂半导体材料。为了迎合硅在通信波段的探测需求，人们一直致力于研究硅基的红外探测器，目前已经取得了一定的进展，但是由于各种方法存在的困难，到目前还未能真正实现商用。目前商用的红外探测器仍然是锗探测器、III-V族半导体探测器和HgCdTe探测器等。1998年发现的黑硅兼具了硅基衬底、易制备和红外高吸收的特点，有可能能成为一种制备高性能红外探测器的新材料，但在硅基PIN光电探测器领域，黑硅结构的应用却鲜有报道。对于紫外光探测器更是几乎没有。且紫外光探测在天文学、导弹预警、污染监控、紫外通信等均有广泛应用。因此将黑硅结构与硅基PIN光电探测器结合起来，并实现其对紫外光的探测是一项十分具有发展前景且富有挑战性的研究。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于微纳米复合结构的黑硅紫外PIN型光电传感器。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于微纳米复合结构的黑硅紫外PIN型光电传感器，由硅衬底、设置在硅衬底正面的黑硅结构、位于硅衬底正面的P型掺杂区、位于硅衬底背面的N型掺杂区、覆盖在黑硅结构上的氧化铝薄膜以及设置在硅衬底和黑硅结构上的金电极构成，所述黑硅结构由微米结构和纳米结构复合而成；所述微米结构经MEMS工艺光刻成相应图形，再通过Bosch刻蚀形成；所述纳米结构为在微米结构的基础上采用光刻工艺形成相应图形，再通过等离子体浸没刻蚀形成。

进一步地，所述的硅衬底为高电阻率N型(100)4寸硅片。

进一步地，所述的P型掺杂区为低浓度硼掺杂，位于黑硅结构所在表面；所述的N型掺杂区为低浓度磷掺杂，位于硅衬底无黑硅结构的表面；P型掺杂区、N型掺杂区和硅衬底共同构成PIN型光电探测器结构，当受到紫外光照射时，通过黑硅结构产生光电流，通过检测光电流的大小得到探测信号的信息。

进一步地，所述氧化铝薄膜为钝化层，覆盖在黑硅结构的上方。

进一步地，所述金电极分为上电极与下电极，上电极在黑硅结构的四周，下电极在硅衬底背面。

本发明还提供了上述一种基于微纳米复合结构的黑硅紫外PIN型光电传感器通过以下步骤制备所得：

S1、备片：取厚度为500±25μm，电阻率＞10000Ω·cm的N型(100)晶面双抛硅片作为衬底；