[发明专利]一种黑硅结构及其制造方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及光敏材料技术领域，尤其是涉及一种黑硅结构及其制造方法。

背景技术

晶体硅由于易提纯、易掺杂、耐高温等优点在半导体行业中具有非常广泛的应用，但同样也存在很多缺陷，如晶体硅表面对可见-红外光的反射很高，而且因为禁带宽度大，晶体硅不能吸收波长大于1100nm的光波，当入射光的波长大于1100nm时，硅探测器对光的吸收率和响应率将大大降低。在探测这些波段时必须使用锗、砷化镓铟等其他材料。由于这些材料的价格昂贵、热力学性能和晶体质量较差以及不能与现有的成熟的硅工艺兼容等缺点而限制了其在硅基器件方面的应用。因此，减少晶体硅表面的反射、扩展硅基和硅兼容光电探测器的探测波段仍然是目前最热门的研究。

为了减少晶体硅表面的反射，人们采用了许多实验方法和技术，如光刻技术、反应离子束刻蚀、电化学腐蚀等。这些技术都能在一定程度上改变晶体硅表面及近表面形貌，达到减少硅表面反射的目的。在可见光波段，减少反射可以增加吸收，提高器件的效率。但在波长超过1100nm时，如果不在硅禁带中引入吸收能级，反射减少仅仅导致透射增加，因为硅的禁带宽度最终限制了其对长波长光的吸收。因此，要扩展硅基和硅兼容器件的敏感波段，就必须在减少硅表面反射的同时增加禁带内的光子吸收。

黑硅材料作为一种对普通硅微结构化后得到的新型功能材料对从近紫外-近红外波段（250nm-2500nm）的光都能吸收，且吸收率高达90%。由于超高的光电导增益，黑硅材料产生的光电流是传统硅材料的几百倍。黑硅材料还能减少光传感器的硅的使用量，其硅消耗量是传统元件的几百分之一，这样就能节省成本，使产品更加便宜、小巧和轻便。厚度薄的元件也能集成在集成电路上。此外，基于黑硅生产的X感光设备的灵敏度非常高，拍片子是就可降低X光的放射量。由于用黑硅制造的光传感元件能捕捉到极其微弱的光线，所以可用来制造夜视镜和传感器。这些应用于低照明条件下得产品目前使用的敏感材料大部分是更加昂贵的砷化镓，因此黑硅的应用将有效降低这些产品的成本。

因此，黑硅材料是制作高灵敏度红外探测器、高量子效率雪崩二极管(APD)、高响应度红外二极管及太阳能电池的理想材料，在遥感、光通讯及微电子等领域都具有重要的潜在应用价值。

因此，提供对可见光以及近红外光波段有良好的吸收性能、噪声电流低、信噪比高、和/或操作简单、成本较低的黑硅结构及其制造方法是很有必要的。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种对可见光以及近红外光波段有良好的吸收性能的黑硅结构及其制造方法。

本发明的目的之一是提供一种噪声电流低、信噪比高的黑硅结构及其制造方法。

本发明实施例公开的技术方案包括：

一种制造黑硅结构的方法，其特征在于，包括：获取P型硅衬底；在所述P型硅衬底上形成黑硅层；在所述黑硅层中掺入受主杂质，形成掺杂的黑硅层。

进一步地，所述在所述P型硅衬底上形成黑硅层包括：使用反应离子刻蚀法、飞秒激光法、电化学腐蚀法或者湿法刻蚀法在所述P型硅衬底上形成所述黑硅层。

进一步地，所述在所述黑硅层中掺入受主杂质包括：使用离子注入法向所述黑硅层中注入受主杂质离子。

进一步地，所述受主杂质为硼、铝、镓或者铟。

进一步地，该方法还包括：在所述掺杂的黑硅层上和所述P型硅衬底上形成电极。

进一步地，该方法还包括：在所述掺杂的黑硅层上形成势垒层。

进一步地，所述势垒层是氮化硅层或者氧化硅层。

本发明的实施例中还提供了一种黑硅结构，其特征在于，包括：P型硅衬底；掺杂的黑硅层，所述掺杂的黑硅层形成在所述P型硅衬底上，其中所述掺杂的黑硅层中掺入了受主杂质。

进一步地，该黑硅结构还包括势垒层，所述势垒层形成在所述掺杂的黑硅层上。

进一步地，所述受主杂质为硼、铝、镓或者铟。

本发明的实施例中，黑体结构对可见光以及近红外光波段有良好的吸收性能、噪声电流低、信噪比高、并且操作简单、成本较低。

附图说明

图1是本发明一个实施例的制造黑硅结构的方法的流程示意图；

图2是本发明一个实施例的黑硅结构的截面示意图；

图3是本发明另一个实施例的黑硅结构的俯视示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一个实施例中，一种制造黑硅结构的方法包括步骤10、步骤12和步骤14。

步骤10：获取P型硅衬底。