[发明专利]黑硅纳米PIN光电探测器结构及其制备方法

说明书

本公开提供了一种黑硅纳米PIN光电探测器结构及其制备方法；其中，所述黑硅纳米PIN光电探测器结构至上而下依次包括：前表面金属电极、前表面减反射膜、前表面氧化硅薄膜、前表面N型重掺区、P型晶体硅衬底、背表面P型重掺区、背表面金属电极；其中，所述前表面N型重掺区采用黑硅纳米结构。本公开黑硅纳米PIN光电探测器结构及其制备方法，大幅提高了探测器的击穿电压，有利于获得更高的光谱响应度。

技术领域

本公开涉及硅基光电探测器技术领域，具体涉及一种黑硅纳米PIN光电探测器结构及其制备方法。

背景技术

半导体探测器无论在军用还是民用，都有着重要的不可替代的作用，产品用量极大，范围极广，仅以硅基PIN结构光电探测器为例，在北京地铁中广泛使用的安检设备中的成像系统就是依靠硅基PIN光电探测器，还有家庭中冰箱电视等遥控器，医院中CT设备中成像系统等等。但是在我国半导体探测器却主要依赖进口，无论是高端还是低端产品，在军事方面严重制约我国国防能力，在高科技研制方面限制我国在科技前沿的探索能力，在民用方面，大大增加了老百姓的经济负担。因此，有必要开展具有自主知识产权的高性能硅基光电探测器。

硅基PIN光电探测器是从PN结光电探测器发展而来，具有在室温下工作、能量分辨率高、脉冲上升时间短、探测效率高、以及性能稳定等特点，目前在医疗用CT、行李安检、集装箱检查、大型工业设备无损探伤、石油测井、放射性探测、环境监测及红外触摸屏等领域都发挥着不可替代的作用。针对不同应用领域不同探测波段的需求，需要提高硅基PIN光电探测器在不同波段的量子效率或在提高硅基PIN光电探测器其它参数的同时保证器件的量子效率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为至少部分解决上述技术问题，本公开提供一种黑硅纳米PIN光电探测器结构及其制备方法，以提高探测器的量子效率和光谱响应度。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种黑硅纳米PIN光电探测器结构，至上而下依次包括：前表面金属电极、前表面减反射膜、前表面氧化硅薄膜、前表面N型重掺区、P型晶体硅衬底、背表面P型重掺区、背表面金属电极；其中，所述前表面N型重掺区采用黑硅纳米结构。

在一些实施例中，在所述前表面N型重掺区的周围形成前表面P型保护环。

在一些实施例中，所述黑硅纳米结构的纳米孔深度在100～1000nm范围内，直径在200～1000nm范围内。

在一些实施例中，所述N型重掺区的结深在500～2000nm范围内，掺杂浓度在1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3范围内；所述P型重掺区的结深在500～3000nm范围内，掺杂浓度在1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3范围内。

根据本公开的另一个方面，提供了一种黑硅纳米PIN光电探测器结构的制备方法，包括：在P型硅衬底的前表面和背表面上形成氧化硅薄膜；在覆盖氧化硅薄膜的硅衬底上开窗口进行硼掺杂，形成背表面P型重掺区；在完成硼掺杂的硅衬底前表面开窗口，并制备黑硅纳米结构；在完成黑硅纳米结构的区域进行磷掺杂，形成前表面N型重掺区；在完成磷掺杂的硅衬底前表面形成减反射膜；以及在硅衬底的前表面和背表面开窗口，形成前表面金属电极和背表面金属电极，由此完成所述黑硅纳米PIN光电探测器结构的制备。

在一些实施例中，在所述覆盖氧化硅薄膜的硅衬底上开窗口进行硼掺杂，还形成前表面P型保护环，所述前表面P型保护环形成于所述前表面N型重掺区的周围。

在一些实施例中，所述的氧化硅薄膜采用热氧氧化方法或PECVD方法制备。

在一些实施例中，所述硼掺杂、磷掺杂采用离子注入或热扩散方法获得。