[发明专利]纳米硅/非晶碳化硅异质结多势垒变容二极管及制备方法

权利要求书

1.一种纳米硅/非晶碳化硅异质结多势垒变容二极管，其特征在于：包括N⁺型单晶硅衬底、N⁺型单晶硅衬底上沉积的N型纳米硅调制层、N型纳米硅调制层上沉积的非晶碳化硅势垒层、非晶碳化硅势垒层上沉积的N型纳米硅调制层；

所述N型纳米硅调制层、非晶碳化硅势垒层、N型纳米硅调制层构成的异质结周期性地生长，形成周期性分布的多个异质结；在异质结中，窄带隙的N型纳米硅调制层作为势阱，宽带隙的非晶碳化硅作为势垒；

在最后制备的N型纳米硅调制层上再沉积N⁺型纳米硅接触层；

所述的N⁺型单晶硅衬底、N⁺型纳米硅接触层的上表面均连接电极，在所述N型纳米硅调制层、非晶碳化硅势垒层、N型纳米硅调制层构成的异质结的外面氧化产生二氧化硅保护层，之外涂覆遮光层；

所述纳米硅/非晶碳化硅异质结多势垒变容二极管的制备方法，包括以下步骤：

(1)、选择N⁺型单晶硅衬底晶面是(100)、(110)、(111)之中其一，表面是正轴、偏轴之中其一，载流子浓度范围5.0×10²⁴—9.0×10²⁵米^-3，厚度为2.0×10^-4米，所述N⁺型单晶硅衬底的掺杂为磷掺杂；

(2)、在室温下，用刻蚀液腐蚀掉N⁺型单晶硅衬底的表面氧化层，然后清洗、烘干；

(3)、采用等离子体化学气相沉积(PECVD)方法，以硅烷为反应源气，以磷烷为掺杂气，氢气为稀释运载气，把清洗过的N⁺型单晶硅衬底放入PECVD系统的反应室内，在N⁺型单晶硅衬底的抛光面上，沉积磷掺杂的N型纳米硅调制层，载流子浓度范围1.0×10²²—9.0×10²³米^-3，厚度范围5.0×10^-8—5.0×10^-7米，其工艺参数是：

PECVD系统反应室极限真空度：不高于1.0×10^-4Pa；

硅烷与氢气体积比：1.0～1.5:100；

磷烷对硅烷掺杂比：0.5～10.0:100；

生长时所用射频(RF)源频率范围：13.59≤f≤95.13MHz；

生长时射频(RF)功率密度：3.0—8.0×10³W.m^-2；

生长时衬底温度：Ts＝420—620K；

生长时负直流偏压：V_b＝-50—-250V；

生长时反应气体压力：1.0×10²Pa；

(4)、采用PECVD方法，以硅烷和甲烷为混合反应源气，氢气为稀释运载气，在N型纳米硅调制层上，沉积非晶碳化硅势垒层，厚度范围2.0×10^-8—2.0×10^-7米，其工艺参数是：

PECVD系统反应室极限真空度：不高于1.0×10^-4Pa；

生长时所用射频(RF)源频率范围：13.59≤f≤95.13MHz；

生长时射频(RF)功率密度：3.0—8.0×10³W.m^-2；

生长时衬底温度：Ts＝420—620K；

生长时负直流偏压：V_b＝-50—-250V；

生长时反应气体压力：1.0×10²Pa；

硅烷与氢气体积比：10.0～15.0:100；

硅烷与甲烷体积比：SiH₄/CH₄＝1:1；

(5)、利用步骤(3)的工艺参数，在非晶碳化硅势垒层上沉积磷掺杂的N型纳米硅调制层，载流子浓度范围1.0×10²²—9.0×10²³米^-3，厚度范围5.0×10^-8—5.0×10^-7米；N型纳米硅调制层、非晶碳化硅势垒层、N型纳米硅调制层构成一个周期的异质结；

每重复步骤(3)、(4)、(5)一次，可以增加一个周期的异质结，总周期有2—20个；

(6)、采用PECVD方法，以硅烷反应源气，以磷烷为掺杂气，氢气为稀释运载气，在最后制备的N型纳米硅调制层上，再沉积磷掺杂的N⁺型纳米硅接触层，载流子浓度范围5.0×10²⁴—9.0×10²⁵米^-3，厚度范围5.0×10^-7—2.0×10^-4米，其工艺参数是：

PECVD系统反应室极限真空度：不高于1.0×10^-4Pa；

硅烷与氢气体积比：1～1.5:100；

磷烷对硅烷掺杂比：9.0～15.0:100；

生长时所用射频(RF)源频率范围：13.59≤f≤95.13MHz；

生长时射频(RF)功率密度：3.0—8.0×10³W.m^-2；

生长时衬底温度：Ts＝420—620K；

生长时负直流偏压：V_b＝-50—-250V；

生长时反应气体压力：1.0×10²Pa；

(7)、刻蚀掉N⁺型单晶硅衬底、N⁺型纳米硅接触层上表面的氧化层，然后清洗、烘干；选取金铝合金为原料，可以使用电子束蒸发技术，分别在N⁺型单晶硅衬底、N⁺型纳米硅接触层上表面沉积金铝合金薄膜，各自形成欧姆电极，其工艺参数是：

电子束蒸发室极限真空度：不低于1.0×10^-4Pa；

灯丝直流电流：I＝5—10A；

衬底温度：Ts＝420—620K；

电极薄膜的厚度：5.0—1.0×10^-6米；

(8)、利用热氧化工艺，氧化所述异质结的表面，产生二氧化硅保护层；

(9)、采用不透光、不导电、耐腐蚀的树脂，涂覆在异质结的二氧化硅保护层之外，形成遮光层；

(10)、制成电极/N⁺型单晶硅/N型纳米硅/非晶碳化硅/N型纳米硅/N⁺型纳米硅/电极——异质结多势垒变容二极管。