[发明专利]一种以黑硅材料为光敏层的背照式Si-PIN光电探测器及其制备方法

权利要求书

1.一种以黑硅材料为光敏层的背照式Si-PIN光电探测器，包括硅本征衬底(1)、位于硅本征衬底(1)正面中央的P型区(2)、位于硅本征衬底(1)正面四周的环形P⁺区(3)、位于硅本征衬底(1)背面的N型黑硅层(4)、位于P型区(2)和P⁺区(3)上表面的上电极(5)，以及位于N型黑硅层(4)下表面两侧的下电极(6)；其中P⁺区(3)的结深大于P型区(2)的结深。

2.根据权利要求1所述以黑硅材料为光敏层的背照式Si-PIN光电探测器，其特征在于，所述P型区(2)为硼扩散掺杂P型区，结深为0.2μm～3.0μm。

3.根据权利要求1所述以黑硅材料为光敏层的背照式Si-PIN光电探测器，其特征在于，所述P⁺区(3)为硼重扩散掺杂P型区，结深为1.0μm～3.5μm。

4.根据权利要求1所述背照式Si-PIN光电探测器，其特征在于，所述N型黑硅层(4)为硅本征衬底(1)背面经磷重扩散掺杂形成N型导电类型，再经化学腐蚀扩面后进行Se或Te离子注入掺杂得到；其中Se或Te离子注入掺杂浓度范围为1×10¹⁴ion/cm²～1×10¹⁶ion/cm²。

5.根据权利要求1所述以黑硅材料为光敏层的背照式Si-PIN光电探测器，其特征在于，所述上电极(3)和下电极(6)为金属薄膜电极，金属材料是铝、金或金铬合金。

6.一种以黑硅材料为光敏层的背照式Si-PIN光电探测器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在本征硅衬底(1)表面氧化生长SiO₂膜层；

步骤2：在SiO₂膜层表面四周光刻出P⁺区(3)的图形，然后进行硼重扩散掺杂形成P⁺区(3)；

步骤3：在SiO₂膜层表面光刻出P型区(2)的图形，然后进行硼扩散掺杂形成P区(2)；

步骤4：对本征硅衬底(1)背面进行减薄、研磨、抛光，使本征硅衬底1厚度减薄为100μm～200μm，并进行磷重扩散掺杂形成N型区，结深约为3μm～4μm；

步骤5：对本征硅衬底(1)背面形成的N型区进行化学腐蚀扩面处理；

步骤6：对经步骤5处理的本征硅衬底(1)背面的N型区进行离子注入掺杂，从而形成N型黑硅层(4)；

步骤7：电极制备。

7.根据权利要求6所述以黑硅材料为光敏层的背照式Si-PIN光电探测器的制备方法，其特征在于，所用本征硅衬底(1)为(111)晶向的高阻单晶硅衬底，电阻率为1000Ω·cm～2000Ω·cm；步骤1中SiO₂膜层厚度为300nm～400nm，生长温度为1000℃；步骤2中硼重扩散掺杂形成P⁺区(3)时温度为1000℃～1100℃，硼重扩散掺杂浓度范围为1×10¹⁸ion/cm³～5×10¹⁹ion/cm³，结深为1.0μm～3.5μm；步骤3中硼扩散掺杂形成P区(2)时温度为1000℃，P区(2)的结深为0.2μm～3.0μm。

8.根据权利要求6所述以黑硅材料为光敏层的背照式Si-PIN光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤5对N型区进行化学腐蚀扩面处理时，所用腐蚀液是通过去离子水、无水乙醇、氢氟酸、氯金酸和浓度为30％的双氧水按体积比混合而成；其中，无水乙醇用量体积占腐蚀液总体积百分比范围为9％～15％；氢氟酸体积占腐蚀液总体积百分比范围为9％～15％；氯金酸体积占腐蚀液总体积百分比范围为4％～7％；浓度为30％的过氧化氢体积占腐蚀液总体积百分比范围为50％～60％，其余为去离子水。

9.根据权利要求6所述以黑硅材料为光敏层的背照式Si-PIN光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤6对经步骤5处理的本征硅衬底(1)背面的N型区进行离子注入掺杂时，掺杂元素为Se或Te，掺杂浓度范围为1×10¹⁴ion/cm²～1×10¹⁶ion/cm²。