制造高灵敏度光敏三极管的方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN85103782

申请日:

1985.05.09

公开号:

CN85103782A

公开日:

1986.11.12

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

||||||公开

IPC分类号:

H01L31/18; H01L21/04; H01L31/10

主分类号:

H01L31/18; H01L21/04; H01L31/10

申请人:

武汉大学

发明人:

张君和

地址:

湖北省武汉市武昌珞珈山

优先权:

专利代理机构:

武汉大学专利事务所

代理人:

龚茂铭

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内容摘要

一种利用高电阻率N型硅单晶制造高灵敏度光敏三极管的方法。对原有的工艺流程和工艺条件做了改进,消除了用原有工艺制出的光敏三极管存在的一种在光照下电流电压关系出现负阻区域,随后电流激剧增大的开通现象。从而,可以制出高灵敏度大电流的光敏三极管,提高制管成品率,提高使用可靠性,比用外延片制造高灵敏度光敏三极管,成本低,对近红外光(例如波长为0.9微米的光)的分光灵敏度高。本方法适用于电阻率5欧姆·厘米以上的N型硅单晶。

权利要求书

1: 一种制造高灵敏度光敏三极管的方法,它的工艺流程包括,第一步,氧化,第二步,光刻出待扩硼的区域,第三步,扩硼及氧化,本发明的特征在于,第四步,背面磨片,第五步,背面扩磷,厚度在3微米以上,第六步,光刻出待正面扩磷的区域,第七步,正面扩磷及氧化,第八步,光刻出电极引出窗口,第九步,正面蒸铝,第十步,光刻出铝电极,第十一步,背面蒸金,第十二步,合金化,温度范围为480℃至550℃,第十三步,用银浆烧结管芯到底座上,烧结温度400℃,第十四步,超声压焊引线,第十五步,封帽。
2: 根据权利要求1所述的一种制造高灵敏度光敏三极管的方法,其特征在于,该方法适用于电阻率为5欧姆·厘米以上的N型硅单晶。

说明书


本发明属于半导体光敏器件的制造方法。

    在本发明作出以前,用高电阻率N型硅单晶(例如,用电阻率为100欧姆·厘米左右的N型硅单晶)制造光敏三极管的平面工艺主要流程是:第一步,氧化;第二步,光刻出待扩硼的区域;第三步,扩硼及氧化;第四步,光刻出待扩磷的区域;第五步,背面磨片;第六步,扩磷及氧化;第七步,光刻出电极引出窗口;第八步,正面蒸铝;第九步,光刻出铝电极;第十步,背面蒸金;第十一步,合金化(温度范围为480℃至550℃);第十二步,用银浆烧结管芯到管座上(温度为400℃);第十三步,超声压焊引线;第十四步,封帽。

    按上述流程制得的光敏三极管,当在标准测试条件(色温2856°K的钨灯,照度1000勒克司,工作电压10伏)下测量光电流,常有光敏三极管发生电流电压关系出现负阻区域,随后电流激剧增大的开通现象(见附图1),发生这一现象后电流的大小不再与光照度有关,而由该测试电路中的总串连电阻和工作电压决定,而且,在去掉光照后,这种开通状态继续保持。

    灵敏度较高的管子,特别容易发生上述现象。灵敏度虽不是较高的管子,也有可能在更大照度的光照下(这时光电流更大)发生上述现象。由于上述现象使光敏三极管不能正常工作,所以,在标准测试条件下发生此种现象的管子,都要淘汰掉。卽使在标准测试条件下不发生此种现象的管子,在应用中,由于存在光照度较标准条件为大的可能,也就仍然可能发生此种现象,而使管子不能正常工作或损坏。因而。用高阻N型硅单晶制造光敏三极管时,一般控制其在标准测试条件下的光电流值在2毫安至4毫安的范围,以使制得的管子旣有一定灵敏度,又有较高的生产成品率和使管子在应用中有较高地可靠性所以,在本发明以前,用高阻N型硅单晶不能制造出灵敏度高光电流大的光敏三极管。在本发明以前,如要制得高灵敏度大电流的光敏三极管,必须用在低阻衬底(例如电阻率为10-3欧姆·厘米的N型硅单晶)上外延了高阻层(例如电阻率5欧姆·厘米以上,厚度为15至25微米的N型外延硅层)的外延片来制造,可以制得在标准测试条件下光电流达到10毫安以上的光敏三极管,不会发生前述不良现象。

    本发明的目的,是采用新的工艺流程和工艺条件,用高电阻率N型硅单晶制出高灵敏度大电流的光敏三极管。

    本发明的要点是:理论和实验均可证明,在高电阻率N型硅单晶中掺入(不论是用扩散法还是合金法)高浓度的金,可以使掺入了高浓度金的区域由原来的N型转变为弱P型的。在用高阻N型硅单晶制造光敏三极管时,当在背面蒸金后,进行合金化时,金层可以透过背面原有的薄的磷扩散N+层,达到高电阻率N型硅区域,使金达到的N型硅区域由N型转变为弱P型的。于是,就构成了发射区N-基区P-集电区N-转型区P这样一种NP NP四层结构,故能产生类似于晶闸管导通的开通现象。因而,采用原有工艺用高电阻率N型硅单晶制造光敏三极管时,在背面形成的结构,是PN结构,而不是欧姆接触。为了克服开通不良现象,必须把背面的结构真正制成N+N结构,从而实现欧姆接触。

    为此,发明人提出如下技术解决方案:使背面磷扩层厚度加大到大于3微米,使金在合金化时不能透过该层。以达到消除不良现象的目的。

    本发明提出的技术方案,适于利用电阻率为5欧姆·厘米以上的高电阻率N型硅单晶制造高灵敏度大电流的光敏三极管。

    采用本发明提出的技术方案所制得的光敏三极管,不会发生前述开通的不良现象。因而,就可以制成高灵敏度大电流的光敏三极管。同时可以使制造管子的成品率明显提高,並提高了管子在应用中可靠性。由于制管成品率提高和单晶硅片比外延硅片便宜许多,所以制管成本可以降低。该方案也适用于不蒸金的工艺:例如底面镀镍工艺或底面旣不蒸金也不镀镍工艺。当采用不蒸金的方案,则还可以节约珍贵的黄金。而用高阻N型硅单晶制得的高灵敏度光敏三极管对近红外光(例如波长0.9微米的光)的分光灵敏度,也比用外延材料制得的高灵敏度光敏三极管的要高。

    采用本发明提出的方案,用电阻率约为100欧姆·厘米的N型硅单晶,所制得的高灵敏度光敏三极管的光电流可以达到20毫安(在色温2856°K的钨灯,照度1000勒克司,工作电压10伏的标准测试条件下测得)。卽使在光照度仅为标准测试条件照度值十分之一的100勒克司光照下(其他条件不变),光电流也高达5毫安。而在500勒克司照度光照下(其他条件不变),光电流为15毫安·管子在光照下的典型伏安特性见附图2。

    附图1是用过去的工艺,用电阻率为100欧姆·厘米左右的N型硅单晶制造的光敏三极管在灵敏度较高时,在标准测试条件下发生前述开通的不良现象的典型伏安特性曲线。

    附图2是采用本发明提出的方案,用电阻率为100欧姆·厘米左右的N型硅单晶制造的高灵敏度光敏三极管,在标准测试条件下的典型伏安特性曲线。附图2与附图1所对应的两种光敏三极管管芯的有效光敏面积相同。

    本发明的实施例

    把本发明以前的工艺流程和工艺条件从第四步开始做出改变,第一步,氧化;第二步,光刻出待扩硼的区域;第三步,扩硼及氧化;第四步,背面磨片;第五步,背面扩磷,深度3微米以上;第六步,光刻出待正面扩磷的区域;第七步,正面扩磷及氧化;第八步,光刻出电极引出口窗;第九步,正面蒸铝;第十步,光刻出铝电极;第十一步,背面蒸金;第十二步,合金化,温度范围为480℃至550℃,第十三步,用银浆烧结管芯到管座上,烧结温度400℃;第十四步,超声压焊引线;第十五步,封帽。

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一种利用高电阻率N型硅单晶制造高灵敏度光敏三极管的方法。对原有的工艺流程和工艺条件做了改进,消除了用原有工艺制出的光敏三极管存在的一种在光照下电流电压关系出现负阻区域,随后电流激剧增大的开通现象。从而,可以制出高灵敏度大电流的光敏三极管,提高制管成品率,提高使用可靠性,比用外延片制造高灵敏度光敏三极管,成本低,对近红外光(例如波长为0.9微米的光)的分光灵敏度高。本方法适用于电阻率5欧姆厘米以上的。

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