一种水平沟槽型锗硅红外探测器及其制备方法

本发明涉及探测器，具体涉及一种水平沟槽型锗硅红外探测器及其制备方法。

背景技术：

1、近红外探测技术在夜视仪、损伤探测等领域有广泛的应用前景。其中iii-v族(inp、inalas等材料)探测器由于技术相对成熟而被广泛应用。但iii-v族材料的比电离率远低于硅(硅无法探测红外波段)，且iii-v族材料与硅晶格失配较大，无法直接在硅上外延形成，导致基于硅的红外探测器面临挑战。另外，现有的二维平面红外探测器的入射方向与收集方向相同，导致收集效率与响应速度相互制约。

2、因此，需要开发能够将入射方向与收集方向解耦的基于硅的红外探测器。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在的问题，提供一种水平沟槽型锗硅红外探测器及其制备方法，该探测器实现了对红外波段的有效吸收，并且还实现入射方向与收集方向的解耦，解决收集效率与响应速度相互制约的问题。

2、为了实现以上目的，本发明提供一种水平沟槽型锗硅红外探测器，包括：

3、硅衬底；

4、n型重掺杂电极区，设置在所述硅衬底的表层；

5、p型重掺杂电极区，设置在所述硅衬底的表层并且包围在所述n型重掺杂电极区的周围；

6、锗层，设置在所述n型重掺杂电极区和所述p型重掺杂电极区之间；

7、多个金属电极，分别设置在所述n型重掺杂电极区和所述p型重掺杂电极区的上表面；

8、氧化层，设置在多个所述金属电极之间。

9、所述水平沟槽型锗硅红外探测器的制备方法，包括以下步骤：

10、在衬底的表层形成n型重掺杂电极区和p型重掺杂电极区；

11、图形化所述硅衬底后，外延生长锗层，使其位于所述n型重掺杂电极区和所述p型重掺杂电极区之间；

12、在所述n型重掺杂电极区和所述p型重掺杂电极区的上表面分别形成金属电极，使多个所述金属电极被氧化层间隔开。

13、相比现有技术，本发明的有益效果：

14、本发明探测器的光子或粒子入射方向与载流子收集方向不同，实现了光子或粒子入射方向与载流子收集方向的解耦，解耦原理是：电场方向为中央n型重掺杂电极区指向p型重掺杂电极区，电场方向与衬底表面平行，当信号垂直入射时，产生的电子空穴对将在电场力驱动下分别向中央和外侧电极以平行衬底表面的方式漂移，其漂移距离可以在绘制版图时灵活设计。

15、另外，本发明的探测器还实现了耗尽区宽度与入射深度的解耦，其原理是：本发明探测器的耗尽区宽度方向为水平方向，从而与垂直方向的信号入射深度无关，实现了解耦。

16、此外，锗材料的禁带宽度窄，能覆盖c波段与o波段，并且由于与硅晶格失配相对较小，因此可以直接在硅衬底上外延生长作为近红外吸收层。本发明采用锗材料作为外延吸收层，提高了对红外波段的吸收。

技术特征：

1.一种水平沟槽型锗硅红外探测器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的水平沟槽型锗硅红外探测器，其特征在于，还包括：倍增层，设置在所述硅衬底的表层，并且设置在所述锗层和所述n型重掺杂电极区之间。

3.根据权利要求2所述的水平沟槽型锗硅红外探测器，其特征在于，所述倍增层的厚度大于所述n型重掺杂电极区和所述p型重掺杂电极区的厚度；所述倍增层的厚度为4-6微米。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的水平沟槽型锗硅红外探测器，其特征在于，所述n型重掺杂电极区为沟槽形，所述沟槽内填充有氧化硅；

5.根据权利要求1-3中任一项所述的水平沟槽型锗硅红外探测器，其特征在于，所述n型重掺杂电极区的掺杂浓度分布均匀，所述掺杂浓度为1×1018-1×1020cm-3；

6.权利要求1-5中任一项所述的水平沟槽型锗硅红外探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，形成所述n型重掺杂电极区和所述p型重掺杂电极区包括：通过多次不同能量的离子注入形成所述p型重掺杂电极区，使所述p型重掺杂电极区的掺杂浓度分布均匀，所述掺杂浓度为1×1018-1×1020cm-3；优选地，注入次数为3-5次；

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在硅衬底的表层形成所述p型重掺杂电极区包括以下步骤：

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，在形成所述p型重掺杂电极区之后且在形成所述n型重掺杂电极区之前，还包括：通过多次不同能量的离子注入形成倍增层，使所述倍增层的掺杂浓度分布均匀，所述掺杂浓度为1×1018-1×1020cm-3，并且使所述倍增层的厚度大于所述n型重掺杂电极区和所述p型重掺杂电极区的厚度；优选地，注入次数为4-6次。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，形成所述倍增层的离子注入方式为整面注入或环形注入；

技术总结
本发明涉及一种水平沟槽型锗硅红外探测器及其制备方法。本发明的水平沟槽型锗硅红外探测器采用锗材料作为硅衬底的外延吸收层，提高了对红外波段的吸收。此外，本发明探测器的光子或粒子入射方向与载流子收集方向不同，实现了光子或粒子入射方向与载流子收集方向的解耦，同时还实现了耗尽区宽度与入射深度的解耦。

技术研发人员：李志华,成文政,刘曼文
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24