一种制造高红外吸收硅材料的方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种制造高红外吸收硅材料的方法，包括：制备硅衬底材料；在硅衬底材料上注入掺杂离子，形成掺杂层；用激光脉冲照射形成了掺杂层的硅衬底材料的表面，使该表面形成平整表面。本发明专利技术的实例的方法中，首先利用离子注入技术在硅衬底上形成高浓度掺杂，从而拓宽能带吸收，增加吸收率，然后利用低能激光脉冲照射修复表面损伤和缺陷且保持表面平整度。这样，不仅可以通过高浓度的表面掺杂拓宽能带吸收，而且通过控制激光脉冲能量可以减少离子注入带来的表面损伤及缺陷。同时，表面平整的硅材料利于后续的半导体加工，且工艺重复性和均匀性较好。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术实施例公开了，包括：制备硅衬底材料；在硅衬底材料上注入掺杂离子，形成掺杂层；用激光脉冲照射形成了掺杂层的硅衬底材料的表面，使该表面形成平整表面。本专利技术的实例的方法中，首先利用离子注入技术在硅衬底上形成高浓度掺杂，从而拓宽能带吸收，增加吸收率，然后利用低能激光脉冲照射修复表面损伤和缺陷且保持表面平整度。这样，不仅可以通过高浓度的表面掺杂拓宽能带吸收，而且通过控制激光脉冲能量可以减少离子注入带来的表面损伤及缺陷。同时，表面平整的硅材料利于后续的半导体加工，且工艺重复性和均匀性较好。【专利说明】
本专利技术涉及光电敏感材料
，尤其是涉及一种制造高红外吸收硅材料的方 法。
技术介绍
在半导体行业中，晶体硅材料由于其资源丰富、易获取、易提纯、易掺杂、耐高温等 诸多优点，在微电子、光伏产业、通信等领域有着非常广泛的应用。但同时晶体硅本身也有 其固有的缺陷：首先，晶体硅表面对可见一红外光的反射很高，如果晶体硅的表面不做任何 处理，它对可见一红外光的反射率在30%以上，对紫外光的反射高达50%以上；其次，晶体硅 材料禁带宽度在室温（300K)下为1. 124eV，这导致它对波长大于llOOnm的近红外光的吸收 率大大降低。因此在探测这些波段时，需要采用锗、铟镓砷等红外敏感的材料来替代，但这 些材料价格昂贵、热力学性能和晶体质量较差，而且不能与现有的成熟硅工艺兼容，这些缺 点限制了其在硅基器件方面的应用。 黑硅材料作为一种对普通晶体硅材料微结构化后得到的新型功能材料，其对近紫 外一近红外波段（250-2500nm)的光的吸收率比普通晶体硅材料高出很多。普通硅材料的 禁带宽度为1. 124eV。采用湿法(酸法或者碱法）对硅表面进行微结构处理之后，得到的黑 硅材料在可见光区域到l〇〇〇nm左右都有很高的吸收率，但是到llOOnm之后的吸收率仍然 不是很高。采用单纯的RIE刻蚀硅材料得到的黑硅材料吸收率在llOOnm之后的吸收率一 样不是很理想。 前面采用的方法都没有对硅片进行掺杂，而采用飞秒激光器照射的方法得到的黑 硅材料由于引入了杂质离子的掺杂，且对硅表面进行了为结构化处理，导致其对近紫外一 近红外光的吸收率可以达到90%以上的高吸收率。黑硅材料如此优异的光学性能，吸引了 国内外众多的研究人员进行研究。 虽然黑硅材料有如此优异的性能，但是随着后续加工的进行，半导体工艺流程却 对它的表面平整度提出了要求。黑硅材料是在硅材料基础上进行处理得到的。处理获得的 黑硅材料表面是森林状的尖锥、金字塔或者针状，这使得黑硅具有很大的表面缺陷，而且表 面森林状的尖锥、金字塔或者针状等形貌与半导体工艺兼容性不好，不利于后续的加工。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种制造高红外吸收并且表面平整的硅材料的方法。 本专利技术公开的技术方案包括： 提供了，其特征在于，包括：制备硅衬底材料；在所 述硅衬底材料上注入掺杂离子，形成掺杂层；用激光脉冲照射形成了所述掺杂层的所述硅 衬底材料的表面，使形成了所述掺杂层的所述硅衬底材料的所述表面形成平整表面。 本专利技术的一个实施例中，所述娃衬底材料为N型娃衬底材料。 本专利技术的一个实施例中，所述掺杂离子为硫离子、硒离子或者碲离子。 本专利技术的一个实施例中，所述在所述硅衬底材料上注入掺杂离子的步骤包括：用 离子注入法在所述硅衬底材料上注入掺杂离子。 本专利技术的一个实施例中，所述在所述硅衬底材料上注入掺杂离子的步骤包括：以 二氧化碲或者碲酸作为碲源，在注入浓度为10 19cnT3到1021cnT3、注入电压为35至45千伏的 条件下，用离子注入法在所述硅衬底材料上注入碲离子。 本专利技术的一个实施例中，所述掺杂层的厚度为200至1微米，掺杂浓度为102°cnT 3 到 1021Cm_3。 本专利技术的一个实施例中，所述激光脉冲为飞秒激光脉冲或者纳秒激光脉冲。 本专利技术的一个实施例中，所述激光脉冲的能量密度为0. 2 J/cm2至2. 5 J/cm2。 本专利技术的一个实施例中，所述激光脉冲的波长为200纳米至1200纳米，所述激光 脉冲的宽度为800飞秒至20纳秒，所述激光脉冲的数量为200至1500,所述激光脉冲的能 量密度为 〇. 2 J/cm2 至 2. 5 J/cm2。 本专利技术的一个实施例中，所述激光脉冲的能量密度为0. 2 J/cm2至1 J/cm2。 本专利技术的实例的方法中，首先利用离子注入技术在硅衬底上形成高浓度掺杂，从 而拓宽能带吸收，增加吸收率，然后利用低能激光脉冲照射修复表面损伤和缺陷且保持表 面平整度。通过精确控制实验参数，可以获得表面平整的高红外吸收紫硅材料。这样，不仅 可以通过高浓度的表面掺杂拓宽能带吸收，而且通过控制激光脉冲能量可以减少离子注入 带来的表面损伤及缺陷。同时，表面平整的硅材料利于后续的半导体加工，且工艺重复性和 均匀性较好。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术一个实施例的制造高红外吸收硅材料的方法的流程示意图； 图2是根据本专利技术的一个实施例的形成了掺杂层的硅衬底材料的示意图； 图3是普通硅、轻掺杂硅和重掺杂硅的吸收能带对比示意图； 图4根据本专利技术的一个实施例制造的高红外吸收硅材料的波长一光吸收的曲线示意 图。 【具体实施方式】 下面将结合附图详细说明本专利技术的实施例的制造高红外吸收硅材料的方法的具 体步骤。 图1为本专利技术一个实施例的制造高红外吸收硅材料的方法的流程示意图。如图1 所示，本实施例中，制造高红外吸收硅材料的方法可以包括步骤10、步骤12和步骤14。下 面将参考非限制性的具体的实施例对这些步骤进行详细说明。 步骤10 :制备硅衬底材料。 本专利技术的实施例中，首先制备硅衬底材料。本专利技术的实施例的高红外吸收硅材料 将基于该娃衬底材料制成。 本专利技术的实施例中，首先获得硅衬底材料，这里的硅衬底材料可以是N型硅材料。 N型娃是电子导电的娃材料。例如，一个实施例中，这里的N型娃材料可以是其中掺杂了磷 的硅材料。当然，也可以是掺杂了其它元素的N型硅材料。 然后，对获得的硅衬底材料进行清洗。例如，一个实施例中，可以采用RCA标准清 洗法对该硅衬底材料进行清洗。 步骤12 :在硅衬底材料上注入掺杂离子，形成掺杂层。 制备了硅衬底材料之后，在步骤12中，可以在硅衬底材料上注入掺杂离子，从而 在娃衬底材料上形成掺杂层。 本专利技术的一个实施例中，可以使用离子注入法在该硅衬底材料上注入掺杂离子， 从而在硅衬底材料上形成掺杂层。 本专利技术的一个实施例中，在硅衬底材料上注入的掺杂离子可以是硫离子、硒离子、 碲离子或者其他适合的掺杂离子。 例如，一个实施例中，可以以二氧化碲或者碲酸作为碲源，在注入浓度为1019cnT3 至IJ 1021cnT3、注入电压为40千伏的条件下，用离子注入法在所述硅衬底材料上注入碲离子， 然后在真空或者高纯度氮气或氩气保护的环境下退火，退火温度可以为500到950摄氏度， 退火时间可以为20分钟到60分钟。 通过前述的处理，即可在硅衬底材料上形成掺杂层。形成了掺杂层的硅衬底材料 的一个实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造高红外吸收硅材料的方法，其特征在于，包括：制备硅衬底材料；在所述硅衬底材料上注入掺杂离子，形成掺杂层；用激光脉冲照射形成了所述掺杂层的所述硅衬底材料的表面，使形成了所述掺杂层的所述硅衬底材料的所述表面形成平整表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李世彬，王健波，张鹏，余宏萍，吴志明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51