[发明专利]一种能实现紫外光响应的硅器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种光响应器件，尤其涉及一种能实现紫外光响应的硅器件。

背景技术

随着科技的进步和发展，紫外电耦合器件(CCD)及紫外硅光电探测器的应用领域也越来越宽广，如大型光谱仪、生物学的研究、电力安全告警、导弹告警等领域，这些高、精、尖领域对紫外CCD及紫外硅光电探测器的性能提出了迫切的需求，这也对紫外CCD及紫外硅光电探测器的研究提出了新的标准。

传统结构的CCD(电荷耦合器件)或硅光电探测器对波长小于350纳米的紫外光没有响应，是因为紫外光子不能到达硅或光生电子不能被有效收集；紫外光在硅里的穿透深度很浅，波长为300纳米的紫外光在硅里的穿透深度仅有65纳米。

目前CCD或硅光电探测器实现紫外响应的措施是采用荧光变频或背照；

其中，荧光变频是在CCD的表面淀积一层荧光膜，小于400纳米波段的光子被荧光膜吸收并激发出可见光；该技术需要增加专门的工艺，这就提高了成本，而且降低了成品率，不仅如此，二次发光还会使得图像的分辨率下降。

背照是在CCD正面工艺完成后，用机械抛光或化学腐蚀的方法，使CCD减薄到15微米左右的厚度，比常规的纸还薄；该工艺需要专门的设备，工艺复杂、成品率低、成本高。

综上所述，现有技术中实现紫外响应的措施都存在空间分辨率低、工艺复杂、成品率低、成本高的缺点。

发明内容

本发明提供了一种新型的能实现紫外光响应的硅器件，它包括：钝化层、N型区、P型区，其创新点在于：所述的N型区和P型区并排在钝化层一侧，且三者间互相连接。

所述的钝化层为SiO₂。

本发明的有益技术效果是：工艺简单且与现有技术兼容，成本低廉，提高了响应波长的范围。

附图说明

附图1，传统CCD光敏区结构或传统硅光电探测器结构示意图；

附图2，本发明的结构示意图；

附图3，标有耗尽区的传统CCD光敏区结构或传统硅光电探测器结构示意图；

附图4，标有耗尽区的本发明的结构示意图；

附图5，传统CCD光敏区或传统硅光电探测器对300纳米紫外光的响应效果图；

附图6，本发明的结构对300纳米紫外光的响应效果图；

附图中：钝化层1、N型区2、P型区3、耗尽区4，图中箭头方向为光子进入方向。

具体实施方式

参见附图1，传统CCD光敏区结构或传统硅光电探测器结构示意图，从图中我们可以看到传统结构中钝化层1、N型区2、P型区3层层纵向排列；参见附图3，光子从钝化层1一方进入，要经过N型区2才能到达耗尽区4，由于光生电子只有到达耗尽区才能被有效收集，而传统结构的这种光子进入方式使得波长小于350纳米的紫外光生电子无法被有效收集，因此传统结构的CCD光敏区或传统硅光电探测器对波长小于350纳米的紫外光没有响应。

参见附图2，本发明的结构示意图，它包括：钝化层1、N型区2、P型区3，它与传统结构的区别之处在于：N型区2和P型区3并排在钝化层1一侧，且三者间互相连接，这种结构使N型区2、P型区3和耗尽区4三个区域并排在钝化层1一侧，耗尽区4与钝化层1间零间距；参见附图4，标有耗尽区的本发明的结构示意图，从图中我们可以看出，光子入射后只需经过钝化层1就可直接到达耗尽区4，这比传统结构中光子入射的路径更短，即在相同情况下本发明的结构比传统结构能收集更多的光子。

本发明结构与传统结构另一个明显的不同点在于：本发明结构中的钝化层1为一单层的SiO₂，而传统结构中的钝化层1为Si₃N₄和SiO₂双层结构。Si₃N₄的禁带宽度为5电子伏，对应的本征吸收波长为248纳米，即Si₃N₄的存在对波长小于248纳米的紫外光有较强的吸收，为了提高紫外光的吸收，本发明的结构去掉了Si₃N₄而仅保留SiO₂作为唯一的钝化层1，经过可靠性试验，Si₃N₄的去掉未对器件的可靠性带来影响。

对CCD来说，P型区3通常采用衬底浓度，P型区3不需额外掺杂，N区通常在埋沟注入时一起形成；对硅光电探测器来说，N型区2及P型区3的浓度视光敏单元的尺寸来定，目的是使耗尽区面积尽量大，让尽量多的紫外光子落入耗尽区而不是落入中性区(N型区2或P型区3)。