基于氧化锌透明电极的异面型光导开关及其制作方法技术

技术编号:15749011 阅读:51 留言:0更新日期:2017-07-03 10:11
本发明专利技术公开了一种基于氧化锌透明电极的异面型光导开关。其包括掺钒碳化硅衬底(1)、上欧姆接触电极(2)、下欧姆接触电极(3)、上薄膜电极(4)和下薄膜电极(5),该上欧姆接触电极(2)及下欧姆接触电极(3)分别淀积在掺钒碳化硅衬底(1)的正面和背面,该上薄膜电极(4)淀积在掺钒碳化硅衬底(1)正面及上欧姆接触电极(2)的表面,该下薄膜电极(5)淀积在掺钒碳化硅衬底(1)背面及下欧姆接触电极(3)的表面;上薄膜电极和下薄膜电极均采用透明氧化锌材料,使得光导开关可在电极面光照下导通,增加了器件的受光面积,提高了导电通道的光子浓度和激光能量利用率,可用于高速脉冲系统。

【技术实现步骤摘要】
基于氧化锌透明电极的异面型光导开关及其制作方法
本专利技术属于微电子领域,特别涉及一种透明电极异面型光导开关,可用于高速大功率脉冲系统中的开关。技术背景1974年由贝尔实验室的D.H.Auston制备了世界上第一只硅基的光导开关,但是由于硅材料的局限性,并不能得到高性能的开关;1976年有马里兰大学的H.L.Chi制备了第一个GaAs光导开关,其性能远优于硅基的光导开关,因此在后来数十年内,砷化镓的光导开关得到了较为成熟的研究。但由于砷化镓光导开关独特的Lock-on效应,限制了其在更广范围内的应用。随着第三代半导体碳化硅材料的成熟,由于它的宽带隙、高临界电场、高电子饱和速度和高热导率等特点使得它在高压光导开关方面具有巨大的研究潜力。文献“AppliedPhysicsLetters104.172106(2014)《Highpoweroperationofanitrogendoped,vanadiumcompensated,6H-SiCextrinsicphotoconductiveswitch》”报道了一种垂直型结构的光导开关器件,该器件采用532nm激光触发,激光从两个侧面进行照射。由于其采用垂直型结构,所以器件的临界击穿场强较大,并且取得了最小导通电阻为1Ω的测试结果。但是又由于该器件采用的是金属电极,因此在实际应用中主要会存在以下问题:一方面,532nm激光需要从两个侧面照射,器件侧面的激光入射面积极为有限,这种情况下,器件的使用就需要精密的光纤系统为开关搭建光路,增加了器件使用的难度。另一方面,532nm激光从侧面照射,到达电极下方时,激光的能量已经大幅衰减,器件要到达饱和状态就需要提高入射激光的能量密度,即从原理上不能实现低能量密度触发。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免上述已有技术存在的不足,提出一种基于氧化锌透明电极的异面型光导开关及其制作方法,以改变光照方式,增加器件的受光面积,提高导电通道的光子浓度,实现低能量密度触发。为实现上述目的,本专利技术的技术方案如下:1.一种基于氧化锌透明电极的异面型光导开关,包括掺钒碳化硅衬底、上欧姆接触电极、下欧姆接触电极、上薄膜电极和下薄膜电极,上薄膜电极淀积在掺钒碳化硅衬底的正面及上欧姆接触电极的表面,下薄膜电极淀积在掺钒碳化硅衬底的背面及下欧姆接触电极的表面,其特征在于:上薄膜电极和下薄膜电极均采用透明氧化锌材料,以使器件可以在电极面光照下导通,增加器件的受光面积。2.一种制作基于氧化锌透明电极的异面型光导开关的方法,包括如下步骤:(1)清洗衬底:将电阻率大于1010Ω·cm的钒补偿的碳化硅半绝缘衬底样片进行标准清洗;(2)淀积阻挡层:采用PECVD的方法在掺钒碳化硅衬底样片的正面和背面分别淀积厚度为1~5μm的二氧化硅,作为衬底正面和背面离子注入的阻挡层;(3)光刻:分别在衬底正面和背面的阻挡层上涂胶,用光刻板在涂胶后的阻挡层上刻蚀出离子注入窗口,并用浓度为5%的HF酸腐蚀掉窗口位置下的阻挡层,并去胶清洗;(4)淀积牺牲层:采用PECVD的方法在阻挡层开窗后的样片正面和背面分别淀积厚度为50~80nm的二氧化硅作为离子注入的牺牲层;(5)离子注入:在淀积牺牲层后的样片正面和背面分别进行多次磷离子注入,使掺钒碳化硅衬底正面和背面表面的杂质浓度均为1×1020cm-3;(6)去除阻挡层:离子注入完成后腐蚀掉样片正面和背面剩余的阻挡层,清洗掉样品表面的残留物;(7)退火:在清洗残留物后的样片正面和背面涂负胶,将该样片置于300~400℃温度环境中加热90分钟进行碳膜溅射;再在1550~1750℃温度范围内退火10分钟,以在样片表面形成厚度为150nm的良好欧姆接触;然后在900~1100℃温度范围内干氧氧化15分钟,以去除样片正面和背面的碳膜;(8)淀积金属电极:8a:在去除碳膜的样片正面和背面旋涂光刻胶,利用金属层的掩膜版光刻出金属图形;通过磁控溅射法在样片的正面和背面的对应金属电极位置淀积厚度为80~100nm的金属Ni,并通过超声波剥离掉光刻胶,再在Ar气环境中升温至900~1100℃,保存10分钟后冷却至室温;8b:在冷却至室温的样片正面和背面涂胶,使用金属层掩膜版光刻出金属图形,通过磁控溅射法分别在正面和背面的Ni膜上淀积厚度为50~100nm的金属Ti和0.5~1.5μm的Au;通过超声波剥离形成金属电极,在样片的正面和背面分别形成横向宽度L、纵向宽度W均为6~8mm,厚度h均为0.5~2μm的上欧姆接触电极和下欧姆接触电极,再在Ar气环境中升温至450~600℃范围,保持5分钟后冷却至室温;(9)淀积透明氧化锌电极:通过磁控溅射法在冷却至室温的样片正面和背面分别淀积厚度为1~2μm的氧化锌透明薄膜,并分别在正面和背面的氧化锌透明薄膜上涂胶,使用金属层掩膜版光刻出所需窗口图形,再采用稀盐酸进行湿法刻蚀得到透明电极,完成整个器件的制作。本专利技术与现有技术相比具有如下优点:1.本专利技术由于采用透明的氧化锌薄膜电极,使得垂直型光导开关可以在电极面光照下导通,增加了光照的面积,使激光到达器件导电通道时的衰减大幅降低,且减小了配套光路的设计难度;同时由于激光可以直接到达导电通道,可使电极下方的区域导通,提高了激光的利用效率;此外由于上下表面均为透明电极,可使激光从上下电极面同时照射,进一步增加导电通道的激光浓度,可实现更低的导通电阻,使得器件在实际的应用中的设计更加灵活方便。2.本专利技术的器件由于采用具有临界击穿场强高的异面结构,故可以通过控制衬底的厚度,得到不同耐压范围的器件。附图说明图1是本专利技术的剖面结构示意图;图2是图1的俯视示意图;图3是本专利技术制作方法的流程示意图。具体实施方式参照图1,本专利技术的光导开关,其主要由长方体的掺钒碳化硅衬底1、上欧姆接触电极2、下欧姆接触电极3、上薄膜电极4和下薄膜电极5组成。碳化硅衬底1是在碳化硅材料中掺入钒原子形成的,掺入的钒原子在碳化硅衬底1中既可作为施主原子也可以作为受主原子。上欧姆接触电极2和下欧姆接触电极3分别淀积在掺钒碳化硅衬底1的正面和背面,其边缘均为设有1/4的圆弧倒角,上薄膜电极4淀积在掺钒碳化硅衬底1的正面及上欧姆接触电极2表面,下薄膜电极5淀积在掺钒碳化硅衬底1的背面及下欧姆接触电极3表面,上薄膜电极4及下薄膜电极5均采用透明氧化锌材料。参照图2,上欧姆接触电极2和下欧姆接触电极3的横向宽度L、纵向宽度W均为6~8mm,厚度h均为0.5~2μm。上薄膜电极4和下薄膜电极5的底面直径d均为6~7mm,厚度n均为1~2μm。当入射光垂直于上欧姆接触电极2和下欧姆接触电极3照射到碳化硅透明电极异面型光导开关上时,在掺钒碳化硅衬底1内会产生大量的光生载流子,掺钒碳化硅衬底正面的上欧姆接触电极2和背面的下欧姆接触电极3会将产生的光生载流子大量的收集起来,在上欧姆接触电极2与下欧姆接触电极3之间形成电流,使开关在几十个ps时间内导通。参照图3,本专利技术的制作方法给出如下三种实例:实施例1,制作透明电极异面型光导开关。其上薄膜电极和下薄膜电极底面直径d均为6mm,厚度均为1μm,上欧姆接触电极和下欧姆接触电极厚度均为0.63μm,横向宽度、纵向宽度均为6mm。步骤1:对掺钒碳化硅衬底样片正面和背面分别淀本文档来自技高网
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基于氧化锌透明电极的异面型光导开关及其制作方法

【技术保护点】
一种基于氧化锌透明电极的异面型光导开关,包括掺钒碳化硅衬底(1)、上欧姆接触电极(2)、下欧姆接触电极(3)、上薄膜电极(4)和下薄膜电极(5),上欧姆接触电极(2)和下欧姆接触电极(3)分别淀积在掺钒碳化硅衬底(1)的正面和背面,上薄膜电极(4)淀积在掺钒碳化硅衬底(1)的正面及上欧姆接触电极(2)的表面,下薄膜电极(5)淀积在掺钒碳化硅衬底(1)的背面及下欧姆接触电极(3)的表面,其特征在于:上薄膜电极(4)和下薄膜电极(5)均采用透明氧化锌材料,以使器件可以在电极面光照下导通,增加器件的受光面积。

【技术特征摘要】
1.一种基于氧化锌透明电极的异面型光导开关,包括掺钒碳化硅衬底(1)、上欧姆接触电极(2)、下欧姆接触电极(3)、上薄膜电极(4)和下薄膜电极(5),上欧姆接触电极(2)和下欧姆接触电极(3)分别淀积在掺钒碳化硅衬底(1)的正面和背面,上薄膜电极(4)淀积在掺钒碳化硅衬底(1)的正面及上欧姆接触电极(2)的表面,下薄膜电极(5)淀积在掺钒碳化硅衬底(1)的背面及下欧姆接触电极(3)的表面,其特征在于:上薄膜电极(4)和下薄膜电极(5)均采用透明氧化锌材料,以使器件可以在电极面光照下导通,增加器件的受光面积。2.根据权利要求1所述的光导开关,其特征在于掺钒碳化硅衬底(1)形状为长方体。3.根据权利要求1所述的光导开关,其特征在于上欧姆接触电极(2)和下欧姆接触电极(3)的横向宽度L、纵向宽度W均为6~8mm,厚度h均为0.5~2μm。4.根据权利要求1所述的光导开关,其特征在于上薄膜电极(4)和下薄膜电极(5)的底面直径d均为6~7mm,厚度n均为1~2μm。5.根据权利要求1所述的光导开关,其特征在于上欧姆接触电极(2)和下欧姆接触电极(3)的电极边缘均为设有1/4的圆弧倒角。6.一种制作基于氧化锌透明电极的异面型光导开关的方法,包括如下步骤:(1)清洗衬底:将电阻率大于1010Ω·cm的钒补偿的碳化硅半绝缘衬底样片进行标准清洗;(2)淀积阻挡层:采用PECVD的方法在掺钒碳化硅衬底样片的正面和背面分别淀积厚度为1~5μm的二氧化硅,作为衬底正面和背面离子注入的阻挡层;(3)光刻:分别在衬底正面和背面的阻挡层上涂胶,用光刻板在涂胶后的阻挡层上刻蚀出离子注入窗口,并用浓度为5%的HF酸腐蚀掉窗口位置下的阻挡层,并去胶清洗;(4)淀积牺牲层:采用PECVD的方法在阻挡层开窗后的样片正面和背面分别淀积厚度为50~80nm的二氧化硅作为离子注入的牺牲层;(5)离子注入:在淀积牺牲层后的样片正面和背面分别进行多...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭辉吴建鲁曹鹏辉张玉明张晨旭
申请(专利权)人:西安电子科技大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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