[发明专利]分炉外延型硅基阻挡杂质带太赫兹探测器的制备方法

说明书

本发明涉及一种太赫兹探测器件制备技术领域的分炉外延型硅基阻挡杂质带太赫兹探测器的制备方法，包括如下步骤：将背封高导硅衬底放入化学气相沉积的反应炉腔中；在高导硅衬底正面生长重掺杂吸收层；将重掺杂吸收层生长完毕的硅片从炉腔中取出，去除底板边缘区域沉积的掺杂多晶硅及炉腔残留的杂质；将硅片重新放回炉腔，去除硅片表面的氧化层后清洁炉腔；在重掺杂吸收层上继续生长本征阻挡层；将本征阻挡层生长完毕的硅片从炉腔中取出，对硅片进行微纳加工及器件封装。本发明中吸收层与阻挡层分炉进行外延生长，有利于提高阻挡层的表面电阻率及减小吸收层和阻挡层的过渡区宽度，从而有效降低器件暗电流及延伸探测波长。

技术领域

本发明涉及太赫兹探测器件制备技术领域，具体地，涉及一种分炉外延型硅基阻挡杂质带太赫兹探测器的制备方法。

背景技术

太赫兹波在电磁波谱中位于微波与红外之间，由于其具有安全性、穿透性、指纹特性及分布广泛性，在电子、信息、生命、国防、航天等领域蕴含着巨大的应用价值。因此，太赫兹科学与技术相继成为各国政府重点支持和发展的对象。例如：2004年美国将太赫兹技术列为改变未来世界的十大技术；2005年日本将太赫兹技术确立为“国家支柱技术十大重点战略目标”之首。

太赫兹科学与技术研究的焦点是高性能的核心探测器，目前核心探测器以基于电子学的太赫兹探测器为主，该类型探测器是从微波向高频方向突破，从而实现对太赫兹波的探测。阻挡杂质带(BIB)探测器是一种新型太赫兹探测器，其探测原理有别于电子学探测器，它是从红外向低频方向突破，来实现太赫兹探测。BIB探测器具有灵敏度高、阵列规模大、响应频段宽的优势，在大气监测、天文观测、违禁物品检测等领域具有广阔的应用前景。

BIB探测器的关键功能层包括重掺杂吸收层和本征阻挡层，其中重掺杂吸收层的作用在于通过吸收入射太赫兹辐射激发光生载流子，进而通过光生载流子输运实现光信号到电信号的转化；而本征阻挡层的作用在于通过杂质带阻隔效应抑制暗电流，从而提高器件信噪比。暗电流和探测波长是BIB探测器的关键性能指标，降低暗电流和延伸探测波长是BIB探测器不懈追求的目标。为此，BIB探测器需要从两个方面不断进行改进：(1)提高阻挡层的表面电阻率；(2)减小吸收层和阻挡层的过渡区宽度。现有同炉外延型BIB探测器是在同一反应炉腔中采用二步外延法进行制备，即在重掺杂吸收层生长完毕后先通入大流量的H₂气，然后再生长本征阻挡层，大流量H₂气的作用在于冲洗生长重掺杂吸收层时残留炉腔的杂质，该技术的优点是工艺简单、成本低廉，但缺点在于H₂气的冲洗作用十分有限，尤其对于残留在底板的掺杂多晶硅，H₂气仅能带走一部分残留炉腔的杂质，未被带走的杂质将重新掺入阻挡层，导致：(1)阻挡层表面电阻率较低，器件暗电流较大；(2)吸收层和阻挡层的过渡区较宽，器件探测波长难以进一步延伸。

因此，有必要设计一种分炉外延型硅基阻挡杂质带太赫兹探测器的制备方法，该方法能够有效清除炉腔内的杂质，避免重掺杂吸收层生长过程中引入炉腔的杂质重新掺入阻挡层，而从实现阻挡层表面电阻率较大、器件暗电流较小、吸收层和阻挡层的过渡区较窄、器件探测波长能够延伸的设计目标。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种分炉外延型硅基阻挡杂质带太赫兹探测器的制备方法，本发明能够有效清除炉腔内的杂质，避免重掺杂吸收层生长过程中引入炉腔的杂质重新掺入阻挡层，从而实现阻挡层表面电阻率较大、器件暗电流较小、吸收层和阻挡层的过渡区较窄、器件探测波长能够延伸的设计目标。

本发明涉及一种分炉外延型硅基阻挡杂质带太赫兹探测器的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将背封高导硅衬底置于化学气相沉积的反应炉中，并将该衬底固定于反应炉炉腔底板的中心区域，所述背封高导硅衬底为在高导硅衬底的背面沉积SiO₂层的硅片；