一种黑硅基紫外光电传感器的制作方法

1.本实用新型涉及光电传感器领域，具体涉及一种黑硅基紫外光电传感器。


背景技术：

2.光电探测器的作用是实现光到电的两种不同信号形式的转换，这一过程通常也伴随着由光能转化成电能的能量形式的转换。具有效率高、功耗低、体积小、抗震动等优点，在预警、制导、夜视、远距探测和医疗诊断等领域广泛应用。在所有光电探测器中硅基光电探测器是发展时间最长、工艺技术最成熟的器件，因其优异的可再生产性、低制造成本以及良好的半导体工艺兼容性占据着重要的地位。由于硅是间接带隙材料，带隙宽度为1.12ev，对应的截止波长为1.1μm，从而硅对波长大于1.1μm的光波几乎为零吸收，呈透明状态，所以现有硅基光电探测器多作为可见光和近红外波段探测，虽然其他基于锗(ge)、砷化镓(gaas)、铟镓砷(ingaas)等半导体材料制成的光电探测器可以弥补传统硅基光电探测器的缺点，但是由于价格昂贵、工艺兼容性差而不能得到广泛的应用。鉴于目前近紫外光波段的硅基光电探测报道较少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，在传统硅材料的基础上进行性能改进优化实现高性能紫外光电探测是一项兼具市场价值与实际应用价值的突破。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本实用新型提供了一种黑硅基紫外光电传感器，可以实现对近紫外波段的探测且具有高量子效率。
4.为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
5.一种黑硅基紫外光电传感器，包括硅衬底、黑硅结构、氧化铝薄膜、p型掺杂区、n型掺杂区、电极和欧姆接触区，所述硅衬底为n型高阻硅片，与所述p型掺杂区和n型掺杂区共同构成pin型光电探测器结构，所述黑硅结构由纳米结构与烟囱状或蜂窝状的微米结构复合所得，设置在硅衬底的正面；所述氧化铝薄膜通过原子层沉积(ald)技术沉积在黑硅结构表面，所述电极分为ti电极和au电极，所述欧姆接触区设置在硅衬底正面，与黑硅结构的边缘接触以确保导通。
6.进一步地，所述的硅衬底的电阻＞10000ω
·
cm。
7.进一步地，所述的ti电极在黑硅结构的四周，au电极在硅衬底背面。
8.进一步地，所述硅衬底提供高阻本征层i层，p型掺杂区与n型掺杂区分别低浓度掺杂硼离子与磷离子，设置在硅衬底的上下表面。
9.本实用新型具有以下有益效果：
10.将微米结构设置成烟囱状、蜂窝状，改变了硅材料的能带结构，制备的黑硅反射率明显减少；利用硅衬底电阻率高以及分别在上下表面掺杂低浓度硼离子和磷离子，形成pin型结构，提高了耗尽区宽度，减少载流子的重组，提高量子效率。采用这样的黑硅基pin型结构的光电传感器，其光谱范围扩展至近紫外光，因为近紫外光能量大，可能会引发载流子倍
增，使其对近紫外光有更高的响应和量子效率，甚至可能超越100％。
附图说明
11.图1为本实用新型实施例一种黑硅基紫外光电传感器的结构示意图。
具体实施方式
12.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
13.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
14.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
15.如图1所示，本实用新型实施例的一种黑硅基紫外光电传感器，包括硅衬底1、黑硅结构2、氧化铝薄膜3、p型掺杂区4、n型掺杂区5、电极6和欧姆接触区7，所述硅衬底1为n型高阻硅片，电阻＞10000ω
·
cm，提供高阻本征层i层，p型掺杂区与n型掺杂区分别低浓度掺杂硼离子与磷离子，设置在硅衬底1的上下表面，硅衬底1与所述p型掺杂区4和n型掺杂区5共同构成pin型光电探测器结构，所述黑硅结构2由纳米结构与烟囱状或蜂窝状的微米结构复合所得，设置在硅衬底1的正面；所述氧化铝薄膜3通过原子层沉积ald技术沉积在黑硅结构2表面，以起到钝化减少反射的作用，所述电极分为ti电极和au电极，所述的ti电极在黑硅结构的四周，au电极在硅衬底背面，通过溅射剥离的方法制备，所述欧姆接触区7设置在硅衬底1正面，与黑硅结构2的边缘接触以确保导通。
16.本具体实施制备时，利用光刻技术在高阻n型硅片正面上图形化，使用bosch刻蚀法在硅片正面得到烟囱状和/蜂窝状的微米结构，再利用光刻图形化，在微米结构的基础上刻蚀纳米结构得到微纳米黑硅结构；再通过离子注入法在硅片正背面分别低浓度掺杂硼离子、磷离子；然后在硅片正背面磁控溅射ti、au分别得到上电极，下电极，其中对硅片正面进行光刻图形化；然后原子层沉积(ald)氧化铝；最后划片得到黑硅基pin型紫外光电探测器结构。
17.本具体实施，在黑硅的制备过程中，需要先用bosch刻蚀法制备得到微米结构，再利用等离子体刻蚀法制备纳米结构，得到微纳米复合结构黑硅，其中，将微米结构设置成烟囱状、蜂窝状，改变了硅材料的能带结构，制备的黑硅反射率明显减少；利用硅衬底电阻率
高以及分别在上下表面掺杂低浓度硼离子和磷离子，形成pin型结构，提高了耗尽区宽度，减少载流子的重组，提高量子效率。采用这样的黑硅基pin型结构的光电传感器，其光谱范围扩展至近紫外光，因为近紫外光能量大，可能会引发载流子倍增，使其对近紫外光有更高的响应和量子效率，甚至可能超越100％。
18.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种黑硅基紫外光电传感器，其特征在于：包括硅衬底（1）、黑硅结构（2）、氧化铝薄膜（3）、p型掺杂区（4）、n型掺杂区（5）、电极（6）和欧姆接触区（7），所述硅衬底（1）为n型高阻硅片，与所述p型掺杂区（4）和n型掺杂区（5）共同构成pin型光电探测器结构，所述黑硅结构（2）由纳米结构与烟囱状或蜂窝状的微米结构复合所得，设置在硅衬底（1）的正面；所述氧化铝薄膜（3）通过原子层沉积技术沉积在黑硅结构（2）表面，所述电极分为ti电极和au电极，所述欧姆接触区（7）设置在硅衬底（1）正面，与黑硅结构（2）的边缘接触以确保导通。2.如权利要求1所述的一种黑硅基紫外光电传感器，其特征在于：所述的硅衬底的电阻＞10000ω
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cm。3.如权利要求1所述的一种黑硅基紫外光电传感器，其特征在于：所述的ti电极在黑硅结构的四周，au电极在硅衬底背面。

技术总结
本实用新型涉及光电传感器领域，具体涉及一种黑硅基紫外光电传感器，包括硅衬底、黑硅结构、氧化铝薄膜、P型掺杂区、N型掺杂区、电极和欧姆接触区，所述硅衬底为N型高阻硅片，与所述P型掺杂区和N型掺杂区共同构成PIN型光电探测器结构，所述黑硅结构由纳米结构与烟囱状或蜂窝状的微米结构复合所得，设置在硅衬底的正面；所述氧化铝薄膜通过原子层沉积技术沉积在黑硅结构表面，所述电极分为Ti电极和Au电极，所述欧姆接触区设置在硅衬底正面，与黑硅结构的边缘接触以确保导通。本实用新型可以实现对近紫外波段的探测且具有高量子效率，将微米结构设置成烟囱状、蜂窝状，改变了硅材料的能带结构，制备的黑硅反射率明显减少。制备的黑硅反射率明显减少。制备的黑硅反射率明显减少。


技术研发人员：张晶茹
受保护的技术使用者：山西广维海事科技有限公司
技术研发日：2021.11.18
技术公布日：2022/4/21