[发明专利]一种毫米波宽带IMPATT管超薄硅材料制备方法

说明书

本发明提供一种毫米波宽带IMPATT管超薄硅材料制备方法,采用多次离子注入工艺手段，在本征硅层上利用数次磷、硼杂质的离子注入与RTA退火工艺，使得材料内部杂质元素净掺杂分布按照IMPATT管器件设计的Psupgt;+/supgt;、P、N与Nsupgt;+/supgt;区4个区域，形成不同的分布较为均匀的浓度分布台阶。本明具有操作步骤简单、实施方式简便，生产成本低廉，制备周期短等优点。

技术领域：

本发明涉及毫米波固态器件材料技术领域，具体是一种毫米波宽带IMPATT管超薄硅材料制备方法。

背景技术：

基于硅基材料的IMPATT管工作于高电场区的碰撞电离雪崩状态，在外部负载的作用下，可直接产生毫米波信号，用于毫米波振荡源；另外，硅材料高电场下载流子饱和漂移速率的差异， IMPATT管工作状态下碰撞噪声大，也可用于毫米波噪声源的研制。基于IMPATT管的振荡源、噪声源具有工艺制造简单、器件体积小、重量轻、可室温工作等优点，常用于毫米波高精度仪器仪表校准、无损检测、安全检查成像等领域。

但现有的毫米波高频段IMPATT管外延层结构采用双漂移区结构，漂移区薄（0.1～0.5）μm，多种杂质（磷、硼），掺杂浓度为10¹⁷cm^-3数量级。常通过超薄多层外延的材料生长方式获得，使得其存在制备工艺复杂、制作周期较长、研发费用较高等缺点。

发明内容：

本发明就是为克服现有技术中的不足，提供一种研制成本低、材料制备周期短、工艺兼容性好、设计参数调节灵活的毫米波IMPATT管超薄硅材料制备方法，从而替代现有通用的超薄多层外延材料生长制备方式，从而满足毫米波振荡源、噪声源的研制需求。

本申请提供以下技术方案：

一种毫米波宽带IMPATT管超薄硅材料制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、取一片硅片作为N型低阻衬底层，在N型低阻衬底上表面上生成出本征硅层，在本征硅层设有氧化的保护层；

S2、在N型低阻衬底一侧的本征硅内通过至少一次的磷元素离子注入与RTA退火制备出IMPATT器件的N区；

S3、在N区一侧的本征硅外延层内通过至少一次的硼元素离子注入与RTA制备出IMPATT器件的P区；

S4、P区和保护层之间的本征硅内通过至少一次硼元素离子注入与RTA退火制备出IMPATT器件的P⁺区；

S5、在保护层表面再设置补偿层；

S6、在P⁺区再次注入硼元素离子进行补偿，从而确保P⁺区与保护层界面处硼元素离子的浓度；

S7、采用湿法腐蚀的方法去除保护层和补偿层从而得到毫米波宽带IMPATT管超薄硅材料。

在上述技术方案的基础上，还可以有以下进一步：

所述S1中的N型低阻衬底为N111砷掺杂，厚度625±10微米，电阻率0.002-0.003Ω·cm；所述本征硅的外延层厚度为0.9～1.4μm，所述保护层为二氧化硅淀积厚度为300Å。

在所述S2中的磷元素离子注入时采用能量为600～750keV，注入剂量为2e13～3.5e13 Atoms/cm^2，，RTA退火温度为1000℃，时间30～40s。

在所述S3中的注入硼元素离子，注入能量为250～280keV，注入剂量为2e13～3.5e13 Atoms/cm²，而后进行RTA退火温度1000℃，时间30～40s。

在所述S4分两次注入硼元素离子，第一注入能量为80～120keV，剂量为1.5e14～2e14 Atoms/cm²，第二次注入能量50～60keV，剂量为1e14～1.8e14 Atoms/cm²而后进行RTA退火温度1000℃，时间30～40s。