[发明专利]一种硅掺杂铈元素红外探测器、制备方法及系统

说明书

本发明涉及一种硅掺杂铈元素红外探测器、制备方法及系统。该方法包括：通过离子注入的方法在硅片背面中注入砷元素作为二极管的N型半导体，并通过1000℃退火20s；通过离子注入的方法在硅片正面注入硼元素作为二极管的P型半导体，再分向所述P型半导体的耗尽层注入五次铈元素，通过1050℃退火10s；通过氢氟酸腐蚀掉所述硅片表面的二氧化硅，并将所述硅片放入真空镀膜仪中镀上正反面电极，取出后通过快速热退火炉360℃退火2mins；将所述硅片切割成一个个独立器件；采用80℃氢氧化钾溶液浸泡2mins完成刻蚀表面抛光工作，去掉黑蜡得到探测器。本发明在低温下中红外领域具有较高探测率，将硅基光电探测器的探测领域推向近、中红外波段。

技术领域

本发明涉及红外探测器的制备领域，特别是涉及一种硅掺杂铈元素红外探测器、制备方法及系统。

背景技术

硅基光电探测器是近紫外光、可见光和超近红外光谱领域的主要选择，但受限于带隙宽度，其截止波长为1.1μm，使得硅基光电探测器无法应用于更长波长的近、中红外领域，也包括常用的通信波段：1.3μm～1.55μm。这一领域被窄带隙半导体材料探测器所占领，如锗或铟镓砷。然而，也正是因为较小的带隙使得这些材料制备的光电探测器随温度的升高有较大的漏电流，导致其在室温下有较低的探测率。同时，锗探测器的性能被其较高的暗电流所限制，铟镓砷探测器很难整合到硅基芯片或器件上，并且这两种材料成本都高。

另一方面，MCT(碲镉汞)探测器凭借其高性能主宰了中红外领域市场，但同样面临原料有毒、需要在超低温下工作才能达到较高的探测率、需要关联硅基读取芯片的问题，这些都导致了其高昂的成本。

所以，可在室温下工作的硅基近、中红外光电探测器，凭借其环境友好、低成本、低暗电流、低功耗且兼容硅基CMOS生产技术等特点，已成为光电探测器领域极具发展前景的研究课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅掺杂铈元素红外探测器、制备方法及系统，能够使得在室温下工作的硅基近红外光电探测器，同时在低温下中红外领域具有较高探测率，将硅基光电探测器的探测领域推向近、中红外波段。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种硅掺杂铈元素红外探测器包括：N型半导体和P型半导体，所述N型半导体为正方体结构，所述P型半导体为圆柱体结构，所述P型半导体设置在所述N型半导体上，所述P型半导体包含由上至下依次设置的镀铝电极、P型硅片和耗尽层，所述耗尽层与所述N型半导体接触，所述耗尽层内设置有1微米厚的铈离子注入层。

一种硅掺杂铈元素红外探测器的制备方法包括：

通过离子注入的方法在硅片背面中注入砷元素作为二极管的N型半导体，并通过1000℃退火20s；

通过离子注入的方法在硅片正面注入硼元素作为二极管的P型半导体，再分向所述P型半导体的耗尽层注入五次铈元素，形成1微米厚的铈离子注入层，通过1050℃退火10s；

通过氢氟酸腐蚀掉所述硅片表面的二氧化硅，并将所述硅片放入真空镀膜仪中镀上正反面电极，取出后通过快速热退火炉360℃退火2mins；

采用黑蜡保护所述硅片的正面电极及整个所述硅片的背面，将所述硅片切割成一个个独立器件，磁力搅拌机上湿法刻蚀15mins形成圆柱形台面；

采用80℃氢氧化钾溶液浸泡2mins完成刻蚀表面抛光工作，去掉黑蜡得到探测器。

可选地，所述砷元素采用30keV的能量注入元素，注入剂量为2.0x10¹⁵离子/平方厘米。

可选地，所述硼元素采用30keV的能量注入元素，注入剂量为1.0x10¹⁵离子/平方厘米。