[发明专利]纳米硅异质结反向二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子器件，具体的说是一种反向二极管，更具体地说 是纳米硅异质结反向二极管。

背景技术

上世纪80年代以来，国内外各研究机构的研究结果表明：纳米 硅薄膜(nc-Si:H)是由氢化非晶形硅(a-Si:H)组织以及嵌在氢化非晶形 硅组织中的纳米硅晶粒构成，其中纳米硅晶粒具有量子点特征，它的 传导机制已不同于半导体材料，而是一种异质结量子点隧穿机制，这 使它具有比非晶硅(a-Si)高出几千倍的电导率，且电导率与温度的关 系较弱。由于纳米硅薄膜(nc-Si:H)的结构特征使它具有一系列不同于 单晶硅(c-Si)、非晶硅(a-Si:H)和微晶硅薄膜(mc-Si:H)的物性，它在电 子器件方面的应用前景也日益引起人们的广泛兴趣。

反向二极管，即小偏压下“反”向电流大于“正”向电流的二极 管，具有优越的频率响应以及对温度、辐照效应不明显等特性。反向 二极管应用于小信号低功率电路的过压保护、整流、微波检波、混频。 如施敏著的《半导体器件物理》(电子工业出版社1987年出版)第九 章第三节介绍，但是这种反向二极管其反向击穿电压偏低，常温下只 有-4.7V。

发明内容

本发明的第一个目的是应用纳米硅薄膜制成一种纳米硅异质结 反向二极管。

本发明的第二个目的是提供一种纳米硅异质结反向二极管的制 造方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是一种纳米硅异质结反向二 极管，其特征在于：包括单晶硅基片、电极、沉积于单晶硅基片上的 纳米硅薄膜，所述纳米硅薄膜和单晶硅基片构成纳米硅/单晶硅异质 结构，所述单晶硅基片的载流子浓度不小于2.4×10²⁰cm^-3，所述纳米 硅薄膜的载流子浓度为2.0×10¹⁹cm^-3-1.0×10²⁰cm^-3。

进一步设置是所述单晶硅基片的平均电阻率为0.0003Ω·cm -0.0006Ω·cm。

进一步设置是以单晶硅为基片为P⁺型掺杂，所述纳米硅薄膜为 N⁺型，二者构成N⁺/P⁺型的纳米硅/单晶硅异质结构。

进一步设置是所述的N⁺型纳米硅薄膜为磷掺杂。

进一步设置是所述纳米硅薄膜厚度为1μm。

进一步设置是所述的电极是欧姆连接于单晶硅基片的Au/Cr电 极，以及欧姆连接于纳米硅薄膜的Au/Ge电极。

为实现本发明的第二个目的，本发明的技术方案是：一种纳米硅 异质结反向二极管的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

a、选择厚度约100μm、平均电阻率为0.0003Ω·cm-0.0006Ω·cm、 载流子浓度不小于2.4×10²⁰cm^-3、单面磨光的P⁺型单晶硅为衬底；

b、在1293K温度下，对单晶硅衬底热氧化出1μm厚SiO₂层， 在该SiO₂层上蚀刻出方孔；

c、用等离子体化学气相沉积法，以硅烷中通入磷烷作为混合反 应源气，在PECVD反应室内在衬底方孔中生长沉积出掺磷的纳米硅 薄膜，其工艺参数是：

PECVD反应室极限真空：1.0×10^-4Pa

混合反应源气掺杂比：PH₃/SiH₄＝8.0vol％-12.0vol％

薄膜生长时选用射频源RF频率：f＝13.56MHZ

薄膜生长RF射频功率密度：0.6W/cm²

薄膜生长衬底温度：Ts＝523K

薄膜生长负直流偏压：Vb＝-150V

薄膜生长时反应气体压力：P＝1乇

d、将方孔外层的纳米硅薄膜通过光刻剔除，在方孔内留下约1μm 厚的掺磷纳米硅薄膜；

e、分别在衬底和薄膜上用电子束蒸发技术制成电极；

最终形成结构为电极/(N⁺)nc-Si:H/(P⁺)c-Si/电极的反向二极管。