[发明专利]一种基于选区离子注入的新型碳化硅基横向PN结极紫外探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于选区离子注入的新型碳化硅基横向PN结极紫外探测器，包括从下到上依次相接的N型欧姆接触下电极、N型衬底和低掺外延层，低掺外延层为N型低掺外延层或P型低掺外延层；当为N型低掺外延层时，N型低掺外延层表面通过选区离子注入形成P型阱区域，P型阱区域上设有P型欧姆接触上电极，P型欧姆接触上电极沿周边设有金属导电电极；当为P型低掺外延层时，P型低掺外延层表面通过选区离子注入形成N型阱区域，N型阱区域上设有N型欧姆接触上电极，N型欧姆接触上电极沿周边设有金属导电电极。本发明有效提升了探测器在极紫外波段的探测效率，同时显著提高了辐照稳定性以及温度稳定性。

技术领域

本发明涉及一种基于选区离子注入的新型碳化硅(SiC)基横向PN结极紫外(EUV)探测器及其制备方法，属于半导体器件光电探测技术领域。

背景技术

极紫外(EUV)探测技术在集成电路7nm以下工艺制程光刻以及等离子体物理、天文物理、高能物理、卫星空间环境监测等诸多科研和生产领域具有广阔的应用前景。极紫外探测技术主要用于探测波长范围位于10-200nm之间的短波长、高能量紫外光，相较于可见光波段(400-760nm)与常规紫外波段(200-400nm)，极紫外光子具有穿透深度浅、光子能量高的特点。极紫外光子的这些特殊性质限制了极紫外探测器的研发，而这也成为了制约极紫外探测技术发展的关键因素。首先，极紫外光子在硅(Si)等半导体材料中吸收系数大、穿透深度普遍低于10nm，入射极紫外光子极易被探测器表面的欧姆接触层、钝化层等非有源区吸收，由此导致器件探测效率极低；其次，极紫外光子能量较高，高能光子辐照导致器件中产生缺陷态，并带来热累积、噪声水平抬升等一系列附加效应，由此导致探测器器件性能发生退化；同时，极紫外探测器需要面临恶劣的工作环境，以极紫外光刻为例，作为核心部件的极紫外探测器需要经受累计强度高达1MJ/cm²的高能光子辐照，这对极紫外探测器的可靠性和长程稳定性提出了挑战。

现阶段用于常规紫外波段的探测器普遍无法满足在极紫外波段长时间高效稳定工作的要求。Si基探测器受限于Si材料禁带宽度窄、临界位移能低、热导系数低的影响具有噪声水平高、抗辐照性能差、温度稳定性差的缺陷。相较而言，宽禁带半导体材料4H-SiC具备禁带宽度大、临界位移能高、热导系数高以及化学稳定性好的特性，在制备工作于紫外波段的光电探测器件方面具有显著的材料性能优势。然而，现有的碳化硅基紫外探测器仍存在很多缺陷：碳化硅基肖特基结探测器在高能极紫外光子辐照下容易产生正电空位，导致肖特基势垒高度因镜像力效应降低，进而导致器件漏电流升高；而碳化硅基传统结构PN结探测器表面的非有源区对极紫外光子形成强吸收，导致器件在极紫外波段的探测效率极低。由此可见，如何有效提高极紫外探测器的探测效率和器件稳定性，是4H-SiC基极紫外探测器设计和制备所面临的关键科学问题之一。

发明内容

本发明提供一种基于选区离子注入的新型碳化硅基横向PN结极紫外探测器及其制备方法，以解决探测器在极紫外波段探测效率低、器件稳定性和长程可靠性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于选区离子注入的新型碳化硅基横向PN结极紫外探测器，包括从下到上依次相接的N型欧姆接触下电极、N型衬底和低掺外延层，低掺外延层为N型低掺外延层或P型低掺外延层；当为N型低掺外延层时，N型低掺外延层表面通过选区离子注入形成P型阱区域，P型阱区域上设有P型欧姆接触上电极，P型欧姆接触上电极沿周边设有金属导电电极；当为P型低掺外延层时，P型低掺外延层表面通过选区离子注入形成N型阱区域，N型阱区域上设有N型欧姆接触上电极，N型欧姆接触上电极沿周边设有金属导电电极。