[发明专利]基于黑硅和量子点的Si-APD光电探测器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于黑硅和量子点的Si-APD光电探测器，其包括本征Si衬底(1)、位于本征Si衬底(1)中心上方的P区(2)、位于本征Si衬底(1)两侧上方保护环区即N区(3)、位于P区(2)上方的N+区(4)、位于N+区(4)上方的N+黑硅层(5)、位于N+黑硅层(5)上表面的量子点区(9)、位于本征Si衬底(1)下方的P+区(7)、位于量子点区(9)和环形保护区N区(3)上表面的上电极(6)以及位于P+区(7)下表面的下电极(8)。

2.根据权利要求1所述的基于黑硅和量子点的Si-APD光电探测器，其特征在于，量子点区(9)覆盖在N+黑硅层的上表面。

3.根据权利要求1所述的基于黑硅和量子点的Si-APD光电探测器，其特征在于，表面涂覆有量子点区(9)的N+黑硅层的复合结构作为光电探测器的光敏层。

4.根据权利要求2所述的基于黑硅和量子点的Si-APD光电探测器，其特征在于，量子点区(9)采用具有优良红外吸收特性的Ⅳ-Ⅵ族化合物。

5.根据权利要求4所述的基于黑硅和量子点的Si-APD光电探测器，其特征在于，采用热注入法制备Ⅳ-Ⅵ族化合物，量子点颗粒直径大小在1-4nm之间，量子点区(9)厚度在10nm-3nm0之间，制备的量子点保存在正辛烷溶液中。

6.根据权利要求1所述的基于黑硅和量子点的Si-APD光电探测器，其特征在于，采用在SF₆气体和N₂混合气体氛围中，飞秒激光扫描本征硅表面获得N+黑硅层，黑硅层上表面为具有陷光作用的致密针状尖峰结构，尖峰高度在20μm-40μm之间。

7.一种制备上述权利要求之任一所述的基于黑硅和量子点的Si-APD光电探测器的方法，其包括如下步骤：

1)在本征硅衬底上1上氧化生长SiO₂膜层，本征硅衬底厚度为300μm，SiO₂膜层厚度为300nm-400nm；

2)在SiO₂膜层表面四周光刻出环形N区(3)的图形，然后进行磷扩散掺杂形成环形N区(3)，掺杂浓度为4ⅹ10¹⁵ion/cm^-3～1ⅹ10¹⁷ion/cm^-3，结深为1.5μm～3.5μm；

3)在SiO₂膜层表面四周光刻出环形P区(2)的图形，然后进行硼扩散掺杂形成P区(2)，掺杂浓度为4ⅹ10¹⁵ion/cm^-3～1ⅹ10¹⁷ion/cm^-3，结深为1.5μm～3.5μm；

4)在SiO₂膜层表面四周光刻出环形N+区(4)的图形，然后进行磷扩散掺杂形成N+区(4)，N+掺杂区(3)掺杂浓度≥1ⅹ10²⁰ion/cm^-3，结深为0.5μm～2μm；

5)对本征硅衬底(1)的下表面进行硼扩散掺杂形成P+区(7)，掺杂浓度≥1ⅹ10²⁰ion/cm^-3，结深为0.5μm～2μm；

6)在SF₆和N₂的混合气体中，采用飞秒激光扫描本征硅衬底(1)的上表面制备黑硅层(5)，针状尖峰高度在20μm-40μm；

7)在黑硅层5的上表面旋涂PbS量子点的正辛烷溶液，旋涂速度为2500rpm/min，时间为15秒；

8)制备基于黑硅和量子点的Si-APD光电探测器的电极。