[发明专利]内置负反馈金属-半导体-金属结构紫外光单光子探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型基于金属-半导体-金属结构紫外光单光子探测器极其制作方法，同时该结构还适用于其他波段金属-半导体-金属结构单光子探测器。

背景技术

紫外光特别是日盲紫外波段的探测在空间探测以及军事方面有着极其重要的应用。目前，紫外波段的光子计数系统应用的是光电倍增管(PMT)，但是光电倍增管体积大、易碎、工作电压高且价格昂贵，所以体积小、价格便宜的固态紫外探测器就有非常重要的优势。

目前能够得到的固态紫外光波段单光子探测器为p-n结构或p-i-n结构，这种探测器结构复杂，需要同时生长n型和p型半导体，缺陷密度极难控制，同时电极与半导体之间需要形成欧姆接触，工艺很难形成好的欧姆接触，过程控制困难，制备成本极高。

而金属-半导体-金属(MSM)结构探测器(physics of semiconductor devices，third edition，S.M.Sze，Wiley Interscience)没有p型半导体，电容小，且易于制造，故MSM结构紫外光探测器有着很高的应用价值。如图1A所示为典型的MSM结构探测器剖面图，MSM 100结构探测器是由衬底101，n型半导体102和叉指状电极103和104构成，其正面电极结构如图1B所示，电极103-1，103-2…，103-N组成叉指状阴极电极，电极104-1，104-2…，104-N组成叉指状阳极电极。图1C是MSM100结构探测器的等效电路结构图，MSM 100由两个背靠背的肖特基二极管组成，当加上工作电压时，叉指状电极之间形成耗尽层，光子在耗尽区被吸收产生光电子，光电子迁移或漂移运动被叉指状电极收集产生电信号，从而可以探测光信号，基于MSM结构的紫外光雪崩管也在2011年被报道，(F.Xie，IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS，VOL.32，NO.9，SEPTEMBER 2011)。但是传统的MSM结构探测器需要外接复杂的熄灭电路来实现单光子探测，增加了系统设计的成本。

发明内容

本发明目的是：提出一种新型的基于MSM结构内置负反馈紫外光单光子探测器结构以及其制造方法。

本发明技术方案是：基于MSM结构内置负反馈紫外光单光子探测器结构，包括衬底、n型半导体、薄膜电阻和叉指状电极；优选的是，所述结构紫外光单光子探测器从下至上一次包括衬底，n型半导体，阴极电极与n型半导体构成肖特基结，薄膜电阻淀积在n型半导体上，而阳极电极生长在薄膜电阻上。

所述MSM结构紫外光单光子探测器的制备方法包括如下步骤：

(1)在衬底上形成n型半导体，也可以之前生长多层缓冲层，再生长n型半导体；

(2)在n型半导体上生长薄膜电阻并刻蚀，使之形成叉指状阳极电极的形状；

(3)淀积电极形成叉指状阴极电极和阳极电极。

如图2E所示，所述内置负反馈MSM结构紫外光单光子探测器结构包括衬底201，n型半导体202，阴极电极204淀积在n型半导体上形成肖特基接触，薄膜电阻203-1，203-2…，203-N淀积在n型半导体上形成叉指状电阻，阳极电极205-1，205-2…，205-N淀积在薄膜电阻203上形成阳极电极205，叉指状阴极204、薄膜电阻203和阳极电极205如图2F所示。其中电极204和205可以为透明金属材料。

所述紫外光单光子探测器MSM 200的工艺流程包括：

步骤1，如图2A所示，在衬底上淀积缓冲层，减小衬底与n型半导体之间的晶格适配，从而减小缺陷密度，形成衬底201；

步骤2，如图2B所示，在衬底201上淀积n型半导体202，；

步骤3，如图2C所示，在n型半导体202上淀积薄膜电阻203；

步骤4，如图2D所示，刻蚀薄膜电阻203，形成叉指状电阻203-1，203-2；

步骤5，如图2E所示，淀积形成阳极电极205-1，205-2和阴极电极204-1，205-2，阴极电极和n型半导体形成肖特基接触，阳极电极淀积在薄膜电阻上。