基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管及其制备方法，所述制备方法包括：在SiC衬底的上表面生长同质外延材料，形成集电区；在所述集电区的上表面生长异质外延材料并刻蚀，形成基区；在所述基区的上表面生长金刚石材料并刻蚀，形成发射区；在所述集电区的上表面生长第一金属材料，形成集电极；在所述发射区的上表面生长第二金属材料，形成发射极。本发明专利技术的光电NPN晶体管采用金刚石和SiC这两种禁带宽度不同的材料形成异质结，使得光电NPN晶体管的光电增益大幅提高，能够提高对热盲区的深紫外光的探测灵敏度，从而提高光电NPN晶体管的器件性能及器件可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管及其制备方法
本专利技术属于微电子
，具体涉及一种基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管及其制备方法。
技术介绍
20世纪50年代起PN结晶体管的专利技术奠定了电子技术和集成电路的基础，PN结是采用不同的掺杂工艺将P型和N型半导体制作在同一块半导体基片上所形成的空间电荷区，又称为同质结；随后发展的异质结是把两种不同的材料做成一个单晶的技术，两种材料不同的禁带宽度及其他独有特性的使异质结具有一系列同质结所没有的特性，在器件设计上实现独有的功能，尤其在光电领域应用广泛，例如光电PNP晶体管用两个异质结PN结和NP结形成、光电探测器等。目前光电晶体管种类繁多，功能均为接收光信号转化为电信号，所以其接收、转化的能力将决定了光电晶体管的器件性能，其中，接收的能力通过光吸收能力来判断，而转化的能力通过光电晶体管的光电增益来判断，随着电子技术的发展与进步，对光电晶体管的增益和光吸收范围要求逐渐增大，但目前光电晶体管的光吸收范围因为材料特性及其灵敏度的限制，很难扩大到深紫外区，从而限制了光电晶体管的光吸收范围。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术的一个方面提供了1、一种基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管的制备方法，其特征在于，包括：在SiC衬底的上表面生长同质外延材料，形成集电区；在所述集电区的上表面生长异质外延材料并刻蚀，形成基区；在所述基区的上表面生长金刚石材料并刻蚀，形成发射区；在所述集电区的上表面生长第一金属材料，形成集电极；在所述发射区的上表面生长第二金属材料，形成发射极，从而制备出所述基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管。在本专利技术的一个实施例中，所述衬底由N型4H-SiC或N型6H-SiC材料制成。在本专利技术的一个实施例中，在所述SiC衬底的上表面生长同质外延材料，形成集电区，包括：利用低压力化学气相沉积工艺，在所述SiC衬底的上表面生长掺杂元素为N且掺杂浓度为2×1016-9×1016cm-3的N型SiC材料，形成所述集电区。在本专利技术的一个实施例中，在所述集电区的上表面生长异质外延材料并刻蚀，形成基区，包括：利用低压力化学气相沉积工艺，在所述集电区的上表面生长掺杂元素为Al且掺杂浓度为5×1016-5×1017cm-3的P型SiC材料，形成所述异质外延层；利用第一掩膜版并采用CF4和O2作为刻蚀气体，通过等离子刻蚀工艺刻蚀所述异质外延层，形成所述基区。在本专利技术的一个实施例中，在所述基区的上表面生长金刚石材料并刻蚀，形成发射区，包括：利用分子束外延工艺，在所述基区的上表面生长掺杂元素为N、P或S且掺杂浓度为5×1016-5×1017cm-3的N型金刚石材料；利用第二掩膜版并采用BCl3作为刻蚀气体，通过等离子刻蚀工艺对所述N型金刚石材料进行刻蚀，形成所述发射区。在本专利技术的一个实施例中，在所述集电区的上表面生长第一金属材料，形成集电极，包括：利用第三掩膜版并采用Ar作为溅射气体，采用磁控溅射工艺在所述集电区的上表面溅射Ni材料；在N2和Ar的气氛中，采用快速热退火工艺在所述集电区与所述Ni材料之间形成欧姆接触，从而形成所述集电极。在本专利技术的一个实施例中，在所述发射区的上表面生长第二金属材料，形成发射极，从而制备出所述基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管，包括：利用第四掩膜版并采用Ar作为溅射气体，采用磁控溅射工艺在所述发射区的上表面溅射Ti/Au叠层双金属材料；在N2和Ar的气氛中，采用快速热退火工艺在所述发射区与所述Ti/Au叠层双金属材料之间形成欧姆接触，从而形成所述发射极。在本专利技术的一个实施例中，利用第四掩膜版并采用Ar作为溅射气体，采用磁控溅射工艺在所述发射区的上表面溅射Ti/Au叠层双金属材料，包括：采用第四掩膜版，以Ti材料为靶材，以Ar为溅射气体，在所述发射区表面溅射Ti材料；采用所述第四掩膜版，以Au材料为靶材，以Ar作溅射气体，在所述Ti材料的表面溅射Au材料，形成Ti/Au叠层双金属材料。本专利技术的另一方面提供了一种基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管，包括衬底、集电区、基区、发射区、发射极以及集电极，其中，所述衬底由N型的4H-SiC或6H-SiC材料制成；所述集电区位于所述衬底上表面，由掺杂元素为N且掺杂浓度为2×1016-9×1016cm-3的N型SiC材料制成；所述基区和所述集电极位于所述集电区上表面，其中，所述基区由掺杂元素为Al且掺杂浓度为5×1016-5×1017cm-3的P型SiC材料制成；所述发射区位于所述基区上表面，由掺杂元素为N、P或S且掺杂浓度为5×1016-5×1017cm-3的N型金刚石材料制成；发射极位于所述发射区的上表面。在本专利技术的一个实施例中，所述发射极由Ni材料制成；所述集电极由Ti/Au叠层双金属材料制成。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术的制备方法采用N型金刚石材料作为发射区，其禁带宽度较大，相当于截止波长为225nm，具有“太阳盲区”特性，使得器件无需配置滤光片或介电涂层就能满足在可见光背景下使用，而且对热盲区的深紫外光的探测灵敏度较高，十分适合深紫外区的光电探测。2、本专利技术的制备方法使用金刚石和SiC这两种禁带宽度不同的材料构成异质结，使得光电晶体管的光电增益大幅提高，能够提高光电晶体管将光信号转化为电信号的能力，从而提高光电晶体管的器件性能以及器件可靠性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管的制备方法流程图；图2a-图2h为本专利技术实施例提供的一种基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管的制备过程示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种第一掩膜版的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种第二掩膜版的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种第三掩膜版的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种第四掩膜版的结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管的截面示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管的俯视示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本
技术实现思路
做进一步的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请一并参见图1、图2a-2h以及图3至图6，图1为本专利技术实施例提供的一种基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管的制备方法流程图；图2a-图2h为本专利技术实施例提供的一种基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管的制备过程示意图；图3至图6分别为本专利技术实施例提供的第一掩膜版、第二掩膜版、第三掩膜版和第四掩膜版的结构示意图。本实施例的制备方法包括以下步骤：S1：在SiC衬底的上表面生长同质外延材料，形成集电区；利用低压力化学气相沉积(LPCVD)工艺，在所述SiC衬底的上表面生长掺杂元素为N且掺杂浓度为2×1016-9×1016cm-3的N型SiC材料，形成所述集电区，如图2b所示。进一步地，在步骤S1之前，所述制备方法还包括：S0：选取SiC衬底；选取N型4H-SiC或N型6H-SiC材料作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管的制备方法，其特征在于，包括：在SiC衬底的上表面生长同质外延材料，形成集电区；在所述集电区的上表面生长异质外延材料并刻蚀，形成基区；在所述基区的上表面生长金刚石材料并刻蚀，形成发射区；在所述集电区的上表面生长第一金属材料，形成集电极；在所述发射区的上表面生长第二金属材料，形成发射极，从而制备出所述基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管。

【技术特征摘要】
1.一种基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管的制备方法，其特征在于，包括：在SiC衬底的上表面生长同质外延材料，形成集电区；在所述集电区的上表面生长异质外延材料并刻蚀，形成基区；在所述基区的上表面生长金刚石材料并刻蚀，形成发射区；在所述集电区的上表面生长第一金属材料，形成集电极；在所述发射区的上表面生长第二金属材料，形成发射极，从而制备出所述基于金刚石/SiC异质结构的光电NPN晶体管。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述衬底由N型4H-SiC或N型6H-SiC材料制成。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述SiC衬底的上表面生长同质外延材料，形成集电区，包括：利用低压力化学气相沉积工艺，在所述SiC衬底的上表面生长掺杂元素为N且掺杂浓度为2×1016-9×1016cm-3的N型SiC材料，形成所述集电区。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述集电区的上表面生长异质外延材料并刻蚀，形成基区，包括：利用低压力化学气相沉积工艺，在所述集电区的上表面生长掺杂元素为Al且掺杂浓度为5×1016-5×1017cm-3的P型SiC材料，形成所述异质外延层；利用第一掩膜版并采用CF4和O2作为刻蚀气体，通过等离子刻蚀工艺刻蚀所述异质外延层，形成所述基区。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述基区的上表面生长金刚石材料并刻蚀，形成发射区，包括：利用分子束外延工艺，在所述基区的上表面生长掺杂元素为N、P或S且掺杂浓度为5×1016-5×1017cm-3的N型金刚石材料；利用第二掩膜版并采用BCl3作为刻蚀气体，通过等离子刻蚀工艺对所述N型金刚石材料进行刻蚀，形成所述发射区。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述集电区的上表面生长第一金属材料，形成集电极，包括：利用第三掩膜版并采用Ar作为溅射气体，采用磁控溅射工艺在所述集电区的上表面溅射Ni材料；在N2和Ar的气...

【专利技术属性】
技术研发人员：王悦湖，张菊，王雨田，宋庆文，汤晓燕，张玉明，张艺蒙，
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