一种MSM结构4HSIC紫外光电探测器的制备工艺.pdf

本发明公开了一种MSM结构4H-SiC紫外光电探测器制备工艺。其技术方案是采用镍金属作为肖特基接触金属，在4H-SiC材料上成功制备MSM结构紫外探测器，4H-SiC材料采用雪崩结构制备。本发明的特点是：MSM结构具有诸多的优点，如外延结构（仅需一层掺杂外延）和制备工艺相对简单、容易获得高量子效率，响应速度快等。SiC材料器件制备工艺成熟，与硅工艺更有兼容性，制备器件的相对难度较低。利用镍在4H-SiC上形成的肖特基接触而制备成的对称MSM结构紫外探测器具有良好的光电性能。该工艺可以制备面积更大的探测器、器件的产出率更高、更有利于商业化生产。

权利要求书1.  一种MSM结构4H-SiC紫外光电探测器制备工艺，其特征是：采用镍金属作为肖特基接触金属，在4H-SiC材料上成功制备MSM结构紫外探测器，4H-SiC材料采用雪崩结构制备。 2.  根据权利要求1所述的一种MSM结构4H-SiC紫外光电探测器制备工艺，其特征是：雪崩结构制备4H-SiC材料工艺：试验样品结构在厚度为400μm的n+型衬底上外延一层厚度为3.4μm，掺杂浓度为3.1×1015/cm3的n型层，然后置入氧化炉在1100℃温度下通湿氧气氧化1小时，在样品表面生成厚度约60nm的SiOx牺牲层，接着在HF中浸泡10分钟，彻底腐蚀去此牺牲层后，用去离子水冲洗干燥，就获得清洁的样品表面，马上再将样品置入氧化炉，在同样温度下氧化4小时，在样品表面生成厚度约200~300nm的SiOx作为保护介质膜。 3.  根据权利要求1所述的一种MSM结构4H-SiC紫外光电探测器制备工艺，其特征是：MSM结构制备工艺：对样品进行光刻、显影后，用缓冲HF腐蚀出肖特基接触的电极图形，用去离子水冲洗经纯氮气吹干后，立即置入磁控溅射炉中，在4×10-7torr的真空下，在SiC表面溅射厚度约200nm的镍和50nm的铂，经剥离工艺后形成间距相等、对称的叉指状肖特基接触电极，再进行第二次光刻、显影，得溅射厚度约600nm金后再进行剥离，形成欧姆接触焊盘。 4.  根据权利要求1所述的一种MSM结构4H-SiC紫外光电探测器制备工艺，其特征是：制备后的探测器光学窗口面积为100μm×200μm，叉指宽度和间距均为2.5μm，焊盘面积为100μm×100μm。

说明书一种MSM结构4H-SiC紫外光电探测器的制备工艺
技术领域
本发明公开了一种MSM结构4H-SiC紫外光电探测器的制备工艺。
背景技术
紫外光电探测器由于在国防、紫外天文学、环境监测、火灾探测、涡轮引擎燃烧效率监测、可燃气体成分分析和生物细胞癌变检测等方面有着广阔的前景，具有极高的军事和民用价值，是近年来国际上光电探测领域的热点。特别是近年来，基于导弹紫外辐射探测的紫外报警技术发展极为迅猛，成为光电对抗领域的一个重要研究课题。目前的紫外探测器仍然以紫外光电倍增管为主，它虽然灵敏度较高，但是存在体积大（单管直径在5mm左右）、易损坏（玻壳封装）、需在高压低温下工作等缺点。
为了克服上述问题，本发明此采用SiC材料制备探测器，设计一种MSM（金属-半导体-金属）结构4H-SiC紫外光电探测器，可以制备面积更大的探测器、器件的产出率更高、更有利于商业化生产。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，发明一种MSM结构4H-SiC紫外光电探测器制备工艺。其技术方案是一种MSM结构4H-SiC紫外光电探测器制备工艺，其特征是：采用镍金属作为肖特基接触金属，在4H-SiC材料上成功制备MSM结构紫外探测器，4H-SiC材料采用雪崩结构制备。
雪崩结构制备4H-SiC材料工艺：试验样品结构在厚度为400μm的n+型衬底上外延一层厚度为3.4μm，掺杂浓度为3.1×1015/cm3的n型层。样品在制备前，按照标准的清洗程序，对样品表面进行严格的清洗，去掉油污和金属。然后置入氧化炉在1100℃温度下通湿氧气氧化1小时，在样品表面生成厚度约60nm的SiOx牺牲层，接着在HF中浸泡10分钟，彻底腐蚀去此牺牲层后，用去离子水冲洗干燥，就获得清洁的样品表面，马上再将样品置入氧化炉，在同样温度下氧化4小时，在样品表面生成厚度约200~300nm的SiOx作为保护介质膜。
 MSM结构制备工艺：对样品进行光刻、显影后，用缓冲HF腐蚀出肖特基接触的电极图形，用去离子水冲洗经纯氮气吹干后，立即置入磁控溅射炉中，在4×10-7torr的真空下，在SiC表面溅射厚度约200nm的镍和50nm的铂，经剥离工艺后形成间距相等、对称的叉指状肖特基接触电极，再进行第二次光刻、显影，得溅射厚度约600nm金后再进行剥离，形成欧姆接触焊盘。制备后的探测器光学窗口面积为100μm×200μm，叉指宽度和间距均为2.5μm，焊盘面积为100μm×100μm。
本发明的特点是：与普通的半导体结构相比，金属-半导体-金属(MsM)结构具有诸多的优点，如外延结构（仅需一层掺杂外延）和制备工艺相对简单、容易获得高量子效率，响应速度快等。SiC材料的缺陷密度约103~104cm- 3之间，SIC有自己的衬底，且可以在其上直接生长高质量的热SiOx层，SiC器件制备工艺成熟，与硅工艺更有兼容性，制备器件的相对难度较低。利用镍在4H-SiC上形成的肖特基接触而制备成的对称MSM结构紫外探测器具有良好的光电性能。器件的暗电流密度在偏压达到45v左右，约为2.5μA/cm2，而光电流至少比暗电流大2个数量级，波长为290nm处的光谱响应与380nm处的比值大于1000倍。采用这个工艺制备的探测器，其欧姆接触焊盘位于SiOx层上，不与SiC表面直接接触，可以降低器件的漏电流。该工艺可以制备面积更大的探测器、器件的产出率更高、更有利于商业化生产。
具体实施方式
一种MSM结构4H-SiC紫外光电探测器制备工艺，其特征是：采用镍金属作为肖特基接触金属，在4H-SiC材料上成功制备MSM结构紫外探测器，4H-SiC材料采用雪崩结构制备。
试验样品结构在厚度为400μm的n+型衬底上外延一层厚度为3.4μm，掺杂浓度为3.1×1015/cm3的n型层。样品在制备前，按照标准的清洗程序，对样品表面进行严格的清洗，去掉油污和金属。然后置入氧化炉在1100℃温度下通湿氧气氧化1小时，在样品表面生成厚度约60nm的SiOx牺牲层，接着在HF中浸泡10分钟，彻底腐蚀去此牺牲层后，用去离子水冲洗干燥，就获得清洁的样品表面，马上再将样品置入氧化炉，在同样温度下氧化4小时，在样品表面生成厚度约200~300nm的SiOx作为保护介质膜。
对样品进行光刻、显影后，用缓冲HF腐蚀出肖特基接触的电极图形，用去离子水冲洗经纯氮气吹干后，立即置入磁控溅射炉中，在4×10-7torr的真空下，在SiC表面溅射厚度约200nm的镍和50nm的铂，经剥离工艺后形成间距相等、对称的叉指状肖特基接触电极，再进行第二次光刻、显影，得溅射厚度约600nm金后再进行剥离，形成欧姆接触焊盘。制备后的探测器光学窗口面积为100μm×200μm，叉指宽度和间距均为2.5μm，焊盘面积为100μm×100μm。