一种光敏传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种光敏传感器，包括顶电极、底电极、空腔阵列、隔离层、若干倍增结构和若干导电结构。所述空腔阵列设置于所述顶电极和所述底电极之间，所述空腔阵列的顶面开口朝向所述顶电极，底面开口朝向所述底电极，形成若干空腔结构供所述光电子以及二次电子通过，并使所述二次光电子到达所述底电极；若干倍增结构对应设置于每个所述空腔结构，并与所述若干导电结构相对应电接触，对进入所述空腔结构的光电子进行加速和倍增形成所述二次光电子，提高集成度并有利于提升弱光探测的灵敏度。本发明专利技术还提供了所述光敏传感器的制备方法。发明专利技术还提供了所述光敏传感器的制备方法。发明专利技术还提供了所述光敏传感器的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种光敏传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及集成电路设计
，尤其涉及一种光敏传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]常规弱光照条件下会使用雪崩二极管及相关技术来探测，其工作电压较高，可集成性差，且由于雪崩二极管击穿电压对工艺的灵敏性，导致其功耗较高，均匀性一致性较差。同时，由于高压工作模式，其器件面积较大；再加上，该器件在衬底内制作，无法与读取电路共享衬底面积，因此感光区域的填充因子无法大幅度提高。
[0003]部分应用弱光条件下使用CMOS
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SENSOR来探测，但其噪声较大，且需要很长的积分时间来提升光输入信号强度，其相应时间很慢，性能无法满足要求。
[0004]因此，有必要开发新型的光敏传感器以解决现有技术存在的上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种新型的光敏传感器及其制备方法，提高集成度并有利于提升弱光探测的灵敏度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的光敏传感器包括：
[0007]顶电极，用于响应预定波长的光出射光电子；
[0008]底电极，与所述顶电极相对设置且电性相反；
[0009]隔离层；
[0010]若干导电结构，设置于所述隔离层；
[0011]空腔阵列，设置于所述顶电极和所述底电极之间，所述空腔阵列的顶面开口朝向所述顶电极，底面开口朝向所述底电极；
[0012]所述空腔阵列包括若干空腔结构供所述光电子以及所述光电子经倍增后形成的二次电子通过，并使所述二次光电子到达所述底电极；
[0013]若干倍增结构，对应设置于若干所述空腔结构，所述倍增结构与所述导电结构电接触，对进入所述空腔结构的光电子进行加速和倍增形成所述二次光电子。
[0014]本专利技术的所述光敏传感器的有益效果在于：所述空腔阵列设置于所述顶电极和所述底电极之间，所述空腔阵列的顶面开口朝向所述顶电极，底面开口朝向所述底电极，形成若干所述空腔结构供所述光电子以及二次电子通过，并使所述二次光电子到达所述底电极；若干倍增结构对应设置于每个所述空腔结构，并与所述若干导电结构相对应电接触，对进入所述空腔结构的光电子进行加速和倍增形成所述二次光电子，提高集成度并有利于提升弱光探测的灵敏度。
[0015]优选的，所述若干空腔结构相对所述顶电极倾斜设置。其有益效果在于：有利于对进入所述空腔结构的光电子进行加速和倍增。
[0016]进一步优选的，每个所述空腔结构沿所述顶电极设置方向的截面呈等边六边形。
[0017]进一步优选的，至少一个所述空腔结构的底部设置有加速薄膜，以加强对所述空
腔结构出射的二次光电子的加速作用。
[0018]进一步优选的，所述加速薄膜由还原石墨烯和氧化石墨烯的至少一种组成。
[0019]进一步优选的，所述加速薄膜具有至少一个通道孔作为所述空腔结构的底面开口。
[0020]进一步优选的，所述加速薄膜中的加速电极与相邻的空腔结构内的倍增电极相互隔离以不发生电连接。
[0021]优选的，所述空腔阵列包含若干子空腔阵列层，所述若干子空腔阵列层倾斜于所述顶电极，不同子空腔阵列层的相邻空腔结构相对应设置且内部相通。
[0022]进一步优选的，还包括设置于相邻所述子空腔阵列层之间的层间隔离层，所述层间隔离层包括若干层间导电结构和若干层间通孔结构，所述若干层间导电结构与相邻所述子空腔阵列层中的至少一层的若干倍增结构电接触，所述若干层间通孔结构与相邻所述子空腔阵列层的任意一层中的若干空腔结构相对应设置并允许光电子通过。
[0023]进一步优选的，所述倍增结构包括相对设置于每个空腔结构内壁的倍增电极对。
[0024]进一步优选的，所述不同子空腔阵列层的相邻空腔结构形成的运动通道呈V型。
[0025]进一步优选的，同一子空腔阵列层的倍增电极对朝向同一方向设置。
[0026]所述光敏传感器的制备方法包括以下步骤：
[0027]S1：提供衬底，在所述衬底上形成底电极和隔离层，并使所述隔离层上形成若干导电结构和若干通孔，所述底电极的部分顶面通过所述若干通孔露出，所述导电结构和所述通孔间隔分布；
[0028]S2：使用隔离材料形成覆盖所述隔离层顶面和所述底电极顶面并填充所述若干通孔的介质层；
[0029]S3：将所述衬底倾斜，刻蚀形成包括若干空腔结构的空腔阵列，然后将所述衬底复位后使用倍增电极材料沉积形成填充每个所述空腔结构的初始倍增电极层，再将所述衬底倾斜后去除部分所述初始倍增电极层，得到设置于所述空腔结构侧壁，并与所述导电结构电接触的倍增结构；
[0030]S4：使用牺牲材料沉积形成覆盖经所述空腔阵列顶面的牺牲层，图形化所述牺牲层形成沟槽结构；
[0031]S5：使用光电效应材料形成填充所述沟槽结构并覆盖所述牺牲层顶面的初始顶电极，并图形化所述初始顶电极以形成释放通孔，通过所述释放通孔去除所述牺牲材料，使用密封介质密封所述释放通孔并去除所述初始顶电极顶面的密封介质，形成顶电极。
[0032]优选的，所述空腔阵列包括若干子空腔阵列层，通过所述步骤S3形成的包括若干空腔结构的空腔阵列为一层所述子空腔阵列层，所述步骤S3执行完毕后，执行以下步骤：
[0033]S31：使用牺牲材料填充所述子空腔阵列层内部，使所述子空腔阵列层的顶面露出；
[0034]S32：使用层间材料形成覆盖所述子空腔阵列层的层间隔离层，所述层间隔离层包括若干层间导电结构和若干层间通孔结构，所述若干层间通孔结构与所述步骤S3形成的子空腔阵列层中的若干空腔结构相对应设置并允许光电子通过，所述层间导电结构的至少部分表面露出；
[0035]S33：重复执行所述步骤S3至所述步骤S32直至形成若干层子空腔阵列层，使相邻
所述子空腔阵列层之间形成所述层间隔离层，以及使每层所述层间隔离层的若干层间导电结构与相邻所述子空腔阵列层中的至少一层的若干倍增结构电接触。
[0036]进一步优选的，所述层间材料为还包括含有氧化石墨烯和有机溶剂的分散液，所述步骤S32执行完毕后，将所述分散液旋涂于所述空腔阵列的顶部开口，以实现通过若干氧化石墨烯层覆盖至少一个所述空腔结构的顶部开口，并与所述层间导电结构相接触。
[0037]进一步优选的，所述步骤S5中，通过所述释放通孔去除所述牺牲材料的步骤执行完毕后，去除部分所述氧化石墨烯层，再执行使用密封介质密封所述释放通孔并去除所述初始顶电极顶面的密封介质的步骤。
[0038]进一步优选的，所述步骤S5中，去除部分所述氧化石墨烯层的步骤包括，通过光刻刻蚀在每个所述氧化石墨烯层形成通道孔。
[0039]进一步优选的通过光刻刻蚀在每个所述氧化石墨烯层形成通道孔的步骤执行完毕后，对剩余的氧化石墨烯层进行还原得到层间的加速电极。
附图说明
[0040]图1为本专利技术实施例的光敏传感器的结构示意图；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光敏传感器，其特征在于，包括：顶电极，用于响应预定波长的光出射光电子；隔离层，与所述顶电极相对设置；底电极，与所述顶电极相对设置且电性相反；若干导电结构，设置于所述隔离层；空腔阵列，设置于所述顶电极和所述底电极之间，所述空腔阵列的顶面开口朝向所述顶电极，底面开口朝向所述底电极；所述空腔阵列包括若干空腔结构供所述光电子以及所述光电子经倍增后形成的二次电子通过，并使所述二次光电子到达所述底电极；若干倍增结构，对应设置于若干所述空腔结构，所述倍增结构与所述导电结构电接触，对进入所述空腔结构的光电子进行加速和倍增形成所述二次光电子。2.根据权利要求1所述的光敏传感器，其特征在于，所述若干空腔结构相对所述顶电极倾斜设置。3.根据权利要求1所述的光敏传感器，其特征在于，每个所述空腔结构沿所述顶电极设置方向的截面呈等边六边形。4.根据权利要求1所述的光敏传感器，其特征在于，至少一个所述空腔结构的底部设置有加速薄膜，以加强对所述空腔结构出射的二次光电子的加速作用。5.根据权利要求4所述的光敏传感器，其特征在于，所述加速薄膜由还原石墨烯和氧化石墨烯的至少一种组成。6.根据权利要求4所述的光敏传感器，其特征在于，所述加速薄膜具有至少一个通道孔作为所述空腔结构的底面开口。7.根据权利要求1所述的光敏传感器，其特征在于，所述空腔阵列包含若干子空腔阵列层，所述若干子空腔阵列层倾斜于所述顶电极，不同子空腔阵列层的相邻空腔结构相对应设置且内部相通。8.根据权利要求7所述的光敏传感器，其特征在于，还包括设置于相邻所述子空腔阵列层之间的层间隔离层，所述层间隔离层包括若干层间导电结构和若干层间通孔结构，所述若干层间导电结构与相邻所述子空腔阵列层中的至少一层的若干倍增结构电接触，所述若干层间通孔结构与相邻所述子空腔阵列层的任意一层中的若干空腔结构相对应设置并允许光电子通过。9.根据权利要求7所述的光敏传感器，其特征在于，所述倍增结构包括相对设置于每个空腔结构内壁的倍增电极对。10.根据权利要求7所述的光敏传感器，其特征在于，所述不同子空腔阵列层的相邻空腔结构形成的运动通道呈V型。11.一种光敏传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：提供衬底，在所述衬底上形成底电极和隔离层，并使所述隔离层上形成若干导电结构和若干通孔，所述底电极的部分顶面通过所述若干通孔露出，所述导电结构和所述通孔间隔分布；S2：使用隔离材料形成覆盖所述隔离层顶面和所述底电极顶面并填充所述若干通孔的介质层；
S3：将所述衬底倾...

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，赵宇航，
申请(专利权)人：上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：