[发明专利]紫外选择性硅雪崩光电探测芯片

说明书

技术领域

本发明属于紫外成像技术领域，涉及一种紫外选择性硅雪崩光电探测器的芯片结构。

背景技术

紫外光电探测器是紫外告警等紫外探测技术的核心关键元器件。紫外告警是利用太阳光谱盲区的紫外波段来探测导弹的火焰与尾焰。由于紫外告警系统避开了最强大的自然光源-太阳造成的复杂背景，太阳光谱盲区的紫外告警就为逼近告警提供了一种极其有效的手段。目前，紫外告警设备已发展成为装备量最大的逼近告警系统之一。而高灵敏度、低噪声紫外探测器件的研制是紫外告警设备的一个重要基础工作。

对于硅材料来讲，在紫外（λ≤400 nm）波段的吸收系数α值很大（~10⁵厘米^-1），吸收层厚度小于0.1μm，辐射在非常靠近硅表面处就被吸收了，而在表面处的复合时间很短，导致光生载流子在被电场扫出之前就复合了；另外，随着波长的增加，吸收层的长度随吸收系数α的倒数增加而增加，在近红外波段时吸收层的厚度大约为10μm。已有通常结构的硅光电探测器，在不增加窄带滤光片的情况下，在紫外波长阶段的有效量子效率小于10%，而在可见和近红外波长范围的有效量子效率可以达到50%，由此可见，已有通常结构的硅光电探测器既不能够满足紫外探测的要求，也不能实现紫外选择性探测。因此，需要一种新结构的硅光电探测器来实现紫外选择性探测。

在半导体紫外探测器件方面，目前主要包括增强型硅光电二极管、SiC、GaAsP、AlGaN、GaP加膜紫外固体器件、GaN紫外探测器、紫外CCD（UV-CCD）等单元及阵列器件。以上器件基本上都是化合物半导体紫外探测器，由于衬底材料制作难度较高和芯片制程工艺的特殊，难以实现大批量生产且成本很高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种量子效率高、成本低、容易批量生产的紫外选择性硅雪崩探测芯片。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种紫外选择性硅雪崩探测芯片，包括位于P型硅衬底1上的N^-型外延层2和位于N^-型外延层2上的芯片阳极7、芯片阴极8及氮化硅钝化层9，以及位于N^-型外延层2中部平面下方与P⁺型光吸收层4重叠的N型层3，其特征在于，P⁺光吸收层4以小于200 nm的厚度相连N型层3，N+欧姆接触层5对称于P⁺光吸收层4，在N+欧姆接触层5的两边，设有高掺杂深扩散区穿通整个N^-型外延层2，使雪崩区之外的整个芯片处于同一电位的P⁺深扩散区6，该P⁺深扩散区6通过N^-型外延层2上端平面设置的氮化硅钝化层9，经芯片阳极7、芯片阴极8与N+欧姆接触层5互连。

本发明基于硅工艺基础的紫外选择性硅雪崩探测器芯片与现有技术半导体紫外探测器相比具有如下有益效果。

本发明采用厚度小于200 nm的P⁺型光吸收层4，避免了紫外光照产生的光生载流子在表面附近复合前，得以进入反偏耗尽状态下的高场强区N型层3，在电场的加速作用下产生碰撞离化效应，实现光生载流子的雪崩倍增。

本发明考虑到硅材料对紫外λ≤400 nm波段以外的吸收，设计了P⁺深扩散区6。P⁺深扩散区6穿通整个N^-型外延层2，并且通过芯片阳极7与N+欧姆接触层5为互连。以超浅的光吸收层避免光生载流子在表面附近复合，进入在反偏耗尽状态下的高场强区，在电场的加速作用下与晶格碰撞产生碰撞离化效应，实现光生载流子的雪崩倍增。采用一个高掺杂深扩散区穿通整个外延层，使雪崩区之外的整个芯片处于同一电位，因而在吸收区之外产生的光生载流子对最后收集得到的光电流不产生贡献，从而实现对紫外波段的选择性探测。

附图说明

图1是本发明紫外选择性硅雪崩探测芯片透视结构示意图。

图2是图1的俯视图

图中：1.P型硅衬底，2.N^-型外延层，3.N型层，4.P⁺型光吸收层，5.N+欧姆接触层，6.P⁺深扩散区，7芯片阳极，8.芯片阴极，9.氮化硅钝化层。

具体实施方式