一种具有滤波功能钝化层的碳化硅肖特基紫外探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有滤波功能钝化层的碳化硅肖特基紫外探测器，器件表面淀积了一层复合的全介质结构薄膜做钝化层，不仅具有保护器件的作用，还能够在全介质结构中产生布拉格共振，滤掉一定波长范围内的紫外光，使碳化硅探测器对紫外波段的响应具有选择性，从而实现日盲特性。所述的全介质结构一般为具有高低折射率的不同介质材料交替叠加形成，其厚度介于1-20微米之间。使用本发明专利技术所述设计的具有滤波功能钝化层的SiC肖特基紫外探测器，比传统结构器件相比有着更短的截止波长，实现了对紫外波段响应的选择性，也实现了探测器的日盲特性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有滤波功能钝化层的碳化硅肖特基紫外探测器
本专利技术涉及一种具有滤波功能钝化层的碳化硅肖特基紫外探测器，属于半导体光电器件

技术介绍
紫外光是电磁频谱中波长400～10nm范围的辐射总称，可进一步细分为UVA波段(400～320nm)、UVB波段(320～280nm)、UVC波段(280～200nm)以及真空紫外线波段(200～10nm)。太阳光是自然界最主要的紫外光源，UVC波段有一段波长范围的光在通过大气层时，会被平流层中的臭氧强烈的吸收，因而在近地大气中几乎不存在，这段区域称为日盲波段(240～280nm)。由于日盲波段内几乎没有自然光背景辐射的干扰，该波段被广泛作为紫外探测器的响应波段，具有极低的误报率。因此日盲紫外探测器可应用于导弹尾焰探测、火灾预警、污染检测等众多方面，在紫外光通信、紫外预警、紫外成像、紫外天文等领域都具有重要意义。紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后发展起来的又一军民两用的光电探测技术。紫外探测技术的关键是研制出高灵敏度、低噪声的紫外探测器件。长久以来，投入商业和军事应用的紫外探测器大多采用对紫外敏感的光电倍增管和类似的真空器件。尽管紫外光电倍增管被开发多年，较为成熟，并且在稳定性、暗电流、响应速度、电流增益等方面具有优势，但是这种真空器件不可避免的存在体积大、容易破损、功耗多、工作电压高等缺点，大大限制了其在紫外探测领域的应用。在此背景下，基于半导体的固体紫外探测器作为一种新型的紫外探测器件，其研究与发展得到了越来越多的关注。首先用于紫外线检测的半导体紫外探测器使用窄禁带半导体材料,如Si和III-V族化合物(GaAs，InP等)，但是,采用这些材料制备的紫外探测器存在不少问题。首先由于其禁带宽度通常位于近红外到可见光波段,可见光和红外线对紫外探测器影响很大,因此,为了抑制可见光和红外线辐射,必须在探测器前使用价格昂贵的长波抑制滤光片,结果导致检测系统复杂、价格高、灵敏度低；其次,工作温度较高时,这类器件性能下降,表现为量子效率降低、暗电流增大；再次,窄禁带半导体材料长期暴露于高强度紫外线辐射环境中还容易出现老化现象。基于上述原因,Si基和III-V族化合物制作的紫外探测器在实际应用时有很多局限。随着第三代宽禁带半导体的研究深入，日益发展成熟的宽禁带半导体材料为紫外探测器的研究注入了新的活力。由于宽禁带半导体材料对可见光和红外线无响应,与窄禁带材料相比具有较好的温度特性,用它制备的紫外紫外探测器不需要滤光片且更适用于高温环境。到目前为止，宽禁带半导体紫外探测器使用的材料主要是III族氮化物半导体和碳化硅，有些产品已量产上市。其中，碳化硅(SiC)作为宽禁带半导体材料的典型代表，以其材料成熟度高、禁带宽度大(3.26eV)、击穿电场高(3.0MV/cm)、饱和电子漂移速度大(2.0×107cm/s)和热导率高等多方面性能优势成为制备紫外探测器的首选材料。基于碳化硅的多种结构(如金属-半导体-金属结构、肖特基势垒结构、pn结和p-i-n结结构、雪崩倍增结构)紫外探测器也成为了国际研究热点。在碳化硅的几种结构中，肖特基结构由于具有工艺流程简单、响应速度快、适合制备超大光敏面积器件的优点，得到了很大的发展。目前，人们已经制备出了各种结构的碳化硅紫外探测器，现有器件也表现出了优良的性能。但是，基于碳化硅的紫外探测技术的进一步发展需要解决一个重要的问题，那就是：由于常用的碳化硅材料常温下禁带宽度为3.26eV，对应的截止边波长约为380nm，虽然基于SiC的紫外探测器具有可见光盲的特性，即对可见光和红外光不响应，大大减小了背景噪声，但对紫外波段的响应却不具有选择性，也即不具有“日盲”特性，这大大限制了SiC紫外探测器在很多重要领域的应用，如军事领域的紫外预警系统等。要想拓宽SiC紫外探测器在军事和民用领域的应用，就必须想办法使得基于SiC的紫外探测器具有日盲特性。一般情况下，具有日盲特性的紫外探测器大多基于GaN化合物或ZnO基材料制作。其中GaN材料人们研究最多,其优点是GaN与AlN形成AlGaN合金后禁带宽度可在3.4eV～6.2eV间进行调节,理论上讲,利用这种材料研制的本征型紫外探测器的截止波长对应地可以连续从365nm变化到200nm,是制作日盲紫外探测器的首选材料。但GaN材料自身存在的诸如缺乏相匹配的衬底、p型掺杂工艺复杂等导致的材料不成熟问题一直制约它的发展，这导致基于GaN的紫外探测器漏电流较大，热稳定性差，器件性能不高。ZnO基材料由于MgZnO和ZnCdO的合金体系彼此之间晶格失配小,带隙从3.3eV到7.8eV连续可调,是很有前途的日盲紫外探测器材料,但目前最主要的问题是高载流子浓度的p型材料仍未获得,而且该材料的耐酸碱腐蚀程度相对较差。因此，研制基于成熟材料的碳化硅日盲紫外探测器具有非常重要的意义。为了获得具有日盲特性的碳化硅紫外探测器，传统的解决办法是在碳化硅探测器前加装长波抑制滤光片，但这会导致检测系统复杂、价格高、灵敏度低，不利于碳化硅探测器的实际应用，从而大大限制了SiC紫外探测器在军事和民用领域的应用。
技术实现思路
为了解决现有技术中SiC肖特基紫外探测器对紫外波段的响应不具有选择性，因此也不具有“日盲”特性的关键问题，本专利技术提出一种具有滤波功能钝化层的碳化硅肖特基紫外探测器。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种具有滤波功能钝化层的碳化硅肖特基紫外探测器，其钝化层为复合的全介质结构薄膜，复合的全介质结构薄膜由不同折射率的材料交替叠加形成。基于光的干涉理论,光学薄膜主要分为增透膜、高反膜、滤光膜、分光膜、偏振及消振膜等,光谱范围从紫外光区一直扩展到远红外和软X射线区。申请人经研究发现，光学薄膜具有在几乎不改变体积与质量的同时却能够改变光学元件光学性能的特性,如改变透射率或反射率,抑制杂散光干扰,改变偏振或位相特性,实现分束,可使某光谱带通或阻滞等等。运用薄膜特征矩阵可以知道光学薄膜具有如下特性:在不考虑色散的理想情况下,薄膜光学厚度在λ/4倍数的波长处,反射率存在极值,极大值和极小值的区分主要取决于薄膜的折射率与基底折射率的大小；本申请利用全介质层结构薄膜在周期结构中产生布拉格共振，对紫外光进行调制，从而达到抑制通带外光谱成份、增加通带透过率的作用。上述在器件表面淀积了一层复合的全介质结构薄膜做钝化层，不同于传统SiC器件采用的单一介质层结构，不仅具有保护器件的作用，还能够在全介质结构中产生布拉格共振，滤掉一定波长范围内的紫外光，使碳化硅探测器对紫外波段的响应具有选择性，从而实现日盲特性，拓宽了器件的应用范围，降低了日盲紫外探测系统的成本。优选，复合的全介质结构薄膜由不同折射率的材料交替叠加形成。即在肖特基金属电极外围交替淀积高低折射率的不同介质材料，在肖特基电极外围形成全介质层结构。上述复合的全介质结构薄膜钝化层包含至少一组高低折射率介质交叠而成的周期结构，优选，复合的全介质结构薄膜的厚度为1～20微米；交替叠加的周期数为10～500。交替叠加的周期数指不同折射率的材料交替叠加的次数，每叠加两层定义为一周期，当复合的全介质结构薄膜由一高折射率材料和一低折射率材料交替叠加形成时，则沉积一层高折射率材料和一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有滤波功能钝化层的碳化硅肖特基紫外探测器，其特征在于：其钝化层为复合的全介质结构薄膜，复合的全介质结构薄膜由不同折射率的材料交替叠加形成。

【技术特征摘要】
1.一种具有滤波功能钝化层的碳化硅肖特基紫外探测器，其特征在于：其钝化层为复合的全介质结构薄膜，复合的全介质结构薄膜由不同折射率的材料交替叠加形成，用于对紫外波段的响应具有选择性，实现碳化硅肖特基紫外探测器的日盲特性用途；复合的全介质结构薄膜的厚度为3～8微米；复合的全介质结构薄膜由高折射率材料和低折射率材料交替叠加形成，并至少包含一组高低折射率交替叠加的周期结构，交替叠加的周期数为40～100；高折射率材料包括：HfO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3、Si3N4、NdF3或LaF3，低折射率材料为SiO2；复合的全介质结构薄膜由电子束蒸发、溅射工艺、或化学气相沉积方法淀积而成，淀积速率为0.1nm/s～30nm/s。2.如权利要求1所述的具有滤波功能钝化层的碳化硅肖特基紫外探测器，其特征在于：复合的全介质结构薄膜由HfO2层和SiO2层...

【专利技术属性】
技术研发人员：许毅松，陆海，周东，
申请(专利权)人：镇江镓芯光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32