专利名称：PTCDA/P-Si异质结光电探测器低阻欧姆电极芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型属于微电子与光电子技术领域，涉及一种有机/无机异质结光电探测器芯片，具体涉及一种PTCDA/P-Si异质结光电探测器低阻欧姆电极芯片。
背景技术：
半导体光电探测器是将光能量(光子)转变为电能量的光电子元件，是光电技术和光电系统中必不可少的器件。国内、外普遍使用的光电探测器是用半导体材料Si，通过半导体平面工艺制做而成的光电二极管(photodiode，简称PD)及半导体雪崩光电管 (Avalanche photodiode，简称APD)。这种光电探测器对生产环境尤其是清洁度要求十分高，而且生产设备昂贵、工艺复杂，投入成本高。专利《有机/无机异质结光电探测器》(专利号ZL 02252447. 9，公告号CN2578985， 公告日2003. 10. 08)公开了一种有机/无机异质结光电探测器，这种新型PTCDA/P-S异质结光电探测器比光电二极管PD、APD具有更高的光电转换的量子效率；而且对光的响应速度可达0. Ips,比PD、APD提高了 10倍；光电参数的均勻性及一致性很好，总体性能优于PD、 APD0而且生产投资少，对生产环境要求不十分严格。该专利在开拓半导体材料和发展半导体器件的基础上，提供了一种工艺简单、不需要氧化、扩散、常温下可进行生产的技术。众所周知，所有半导体器件都具有金属一半导体(M-S)低阻欧姆电极，M-S接触层的质量直接影响着半导体器件的性能。良好的欧姆接触电极，不对半导体器件产生附加特性，M-S接触界面产生的热效应可以忽略，而且在生产中应有很好的重复性及可靠性。有机光电探测器采用不存在良好晶格匹配的茈四甲酸二酐(PTCDA)有机薄膜与无机半导体材料单晶Si生长出高质量的分子层薄膜，并在其表面溅射沉积铟锡氧化物ITO膜作为光的入射窗口。但上述专利公开的光电探测器的电极为铝硅丝，用导电胶将铝硅丝粘接在结构为IT0/PTCDA/ P-Si的光电探测器芯片光入射窗口透明铟锡氧化物(ITO)的表面，影响探测器的光电特性、稳定性和使用寿命。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种自身带有低阻欧姆电极、无需另外粘接电极、光电特性和稳定性良好、使用寿命长的PTCDA/P-Si异质结光电探测器芯片。为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是，一种PTCDA/P-Si异质结光电探测器低阻欧姆电极芯片，包括依次叠层的铝电极层、P-Si衬底、PTCDA层和ITO膜，ITO 膜的表面设有经溅射、光刻和腐蚀后形成的镍柱；镍柱的表面设有经溅射、光刻和腐蚀后形成的铝柱。所述ITO膜的周边尺寸均小于PTCDA层的周边尺寸。通过溅射和光刻腐蚀的方法在本实用新型光电探测器芯片光入射窗口(ITO)表面制作出比接触电阻低达2. 3X ΙΟ"5 Ω _ cm2的低阻欧姆电极，经测试分析，该低阻欧姆电极能有效地改善光电探测器的光电特性，提高光电探测器的稳定性及可靠性。
图1是本实用新型光电探测器芯片的结构示意图。图2是图1的俯视图。图3是本实用新型光电探测器芯片原始的Al/Ni/ITO/PTCDA/P-Si/Al六层结构图。图4是光刻过程中使用的光刻版总图。图5是一次光刻时使用的光刻版图。图6是二次光刻时使用的光刻版图。图中1.铝柱，2.镍柱，3. ITO膜，4.PTCDA层，5.P_Si衬底，6.铝电极层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。如图1和图2所示，本实用新型光电探测器芯片的结构，包括依次叠层的铝电极层 6、P-Si衬底5、PTCDA层4、ITO膜3、镍柱2和铝柱1，即以无机半导体材料P-Si单晶为衬底5，其表面为真空蒸发的有机半导体材料PTCDA层4 ；PTCDA层4的表面溅射有ITO膜3 ； ITO膜3的表面溅射有镍层；镍层的表面溅射有铝层；光刻和腐蚀后，镍层和铝层分别成为镍柱2和铝柱1，ITO膜3的周边尺寸均小于PTCDA层4的周边尺寸；P-Si衬底5的背面为真空蒸发的厚度为180 nm 300 nm的铝电极层6。镍柱2和铝柱1构成低阻欧姆电极。本实用新型光电探测器芯片按以下工艺路线制作1)制作 PTCDA/P-Si/Al 下电极在表面真空蒸发有PTCDA层的P-Si单晶背面真空蒸镀厚度为ISOnm 300 nm厚的Al膜，并在氢氮气保护气体中580°C合金化3分钟，在P-Si单晶背面形成铝电极层，作为 Si基欧姆接触的下电极；2)在PTCDA层表面制作ITO膜及溅射Al/Ni复合电极利用射频磁控溅射台，在PTCDA层的表面溅射ITO薄膜。采用平面溅射方式，溅射时进入真空室的氩气气压为0.45Pa，样品在室温下不加热，溅射时间lOmin。经测试，溅射的ITO膜厚度为250nm，利用可见分光分度计测出在可见光到近红外光谱区，该ITO膜的透光率达86%。然后，将上述样品在直流溅射台中适当加热，ITO膜的表面直流溅射镍薄膜，随后在该镍薄膜的表面溅射一定厚度的铝层，制得如图3所示的Al/Ni/ITO/PTCDA/P-Si/Al 六层结构。3)利用光刻技术制作Al/Ni电极引线孔及芯片四周边缘台阶光刻的目的是在A1/M合金膜的表面通过半导体平面工艺光刻的方法，刻蚀出 Φ 150 μ m的Al/Ni电极引线孔，并在每个芯片ITO膜的四周边缘光刻出宽度为50 μ m的台阶，提高光电探测器芯片的反向击穿电压并进一步减小暗电流。在光刻工艺中，采用正性光刻胶，相应配套的有正性光刻胶稀释液、正性光刻胶显影液及正性光刻胶去膜液。光刻时使用的光刻版的总图，如图4所示，图中的符号“ + ”表示在光刻工艺中掩模图形与基片图形精密套合的座标。利用紫外线硬掩模接触式曝光，具体步骤为基片处理(在烘箱中80°C温度下低烘30分钟)一涂胶(正性光刻胶)一前烘(150°C，30分钟)一曝光一显影一漂洗一后烘(坚膜100°C，20分钟)一腐蚀出低阻欧姆电极(电极引线孔)一去除图形上的光刻胶。上述光刻工艺实施中采用的一次光刻及二次光刻的版图，分别如图5和图6所示。 一次光刻的目的是刻蚀出Φ150μπι的Al/Ni电极引线孔；二次光刻的目的是刻去ITO膜周边50 μ m的边缘，形成台阶。基片上面涂的胶膜厚度通过勻胶机的转速调节及稀释液的含量进行调整；曝光时，曝光量由曝光时间决定。一次光刻前，在基片的背面(P-Si衬底与Al膜接触层)涂上正性光刻胶；以便保护Al膜在一次光刻时不被腐蚀；一次光刻后采用腐蚀液，在50°C的温度下腐蚀20 30秒，将Al/Ni电极引线孔外的Al/Ni合金腐蚀掉；然后，在25%的亚硫酸钠溶液中漂洗2 3秒。二次光刻后，采用该腐蚀液腐蚀ITO膜，使ITO膜的周边被腐蚀，ITO 膜的四周与PTCDA层之间形成台阶。通过金相显微镜观察刻蚀后的表面形貌；之后用正性光刻胶去膜液去除A1/M低阻欧姆电极(电极引线孔)表面的及基片背面P-Si与Al表面的正性光刻胶胶膜。最后用砂轮切割机按照设计尺寸300 mm裁开，得到芯片，测得Al/Ni电极与ITO 膜的比接触电阻为2. 3Xl(T5Q_cm2，将该芯片装入管座制管，经测试这种半导体器件的光电特性有较大的改善，由中国测试技术研究院(在成都)测试了它的特征参数一光谱响应度，结果表明这种半导体器件对波长范围450nm IlOOnm的光都有响应。其峰值波长为 930nm。是一种响应度很好的宽带光电子元器件。在杭州市由中国计量学院信息工程学院测试了它的积分灵敏度为0. 48A/W，由此可计算出在波长650nm附近，其光电转换的内量子效率好，而且对光的响应速度可达0. IPS,比PD，APD提高了 10倍；总体性能高于进口的PD， APD0经兰州大学物理科学与技术学院测试表明，这种光电探测器的暗电流在室温下普遍小于0. 1 μ A/mm2 ；在lOOOLx，1. 5V的测试条件，光电流普遍大于85mA ；用半导体GaAs激光管照射，激发电流能达10mA。激光激发电流是暗电流的IO6倍，具有很好的光电性能；并且工作电压低。经低温(-SOtlC)及120 高温48小时的热老化实验，其测试结果表明，这种光电探测器的参数未见劣化现象具有良好的稳定性及可靠性。
权利要求1.一种PTCDA/P-Si异质结光电探测器低阻欧姆电极芯片，包括依次叠层的铝电极层 (6 )、P-Si衬底(5 )、PTCDA层(4)和ITO膜(3 )，其特征在于，所述的ITO膜(3 )表面设有经溅射、光刻和腐蚀后形成的镍柱(2);所述的镍柱(2)表面设有经溅射、光刻和腐蚀后形成的铝柱(1)。
2.根据权利要求1所述的低阻欧姆电极芯片，其特征在于，所述的ITO膜(3)的周边尺寸均小于PTCDA层(4)的周边尺寸。
专利摘要本实用新型公开了一种PTCDA/P-S异质结光电探测器低阻欧姆电极芯片，包括铝电极层、P-Si衬底、PTCDA层和ITO膜，ITO膜的表面设有经溅射、光刻和腐蚀后形成的镍柱；镍柱的表面设有经溅射、光刻和腐蚀后形成的铝柱。该镍柱和铝柱形成低阻欧姆电极，经测试该低阻欧姆电极的比接触电阻为2.3×10-5Ω.cm2，能有效地改善光电探测器的光电特性，提高光电探测器的稳定性及可靠性。
文档编号H01L51/44GK202094178SQ20112007056
公开日2011年12月28日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者张旭 申请人:甘肃联合大学