一种针对13.5nm无需滤波片的窄带EUV光电探测器制造技术

本发明专利技术涉及窄带半导体光电探测器件技术领域，具体涉及一种针对13.5nm无需滤波片的窄带EUV光电探测器。本发明专利技术的探测器的结构从上到下依次为：Nb或Mo作为透明金属导电窗口层、p

【技术实现步骤摘要】
一种针对13.5nm无需滤波片的窄带EUV光电探测器


[0001]本专利技术涉及窄带半导体光电探测器件
，具体涉及一种针对13.5nm无需滤波片的窄带EUV光电探测器。

技术介绍

[0002]极紫外(EUV)光电探测器作为很多科学和工业应用所需的关键设备，在一些研究领域中引起了越来越多的关注，如EUV光刻、卫星监测、等离子体物理及太阳物理等。尤其在光刻技术中，13.5nm的EUV光源成功实现了7nm的集成电路制造工艺，EUV探测器则是用于矫正和监测极紫外光束相关性能参数的关键部件。由于大多数材料对该波段的强吸收作用导致EUV探测器的量子效率极低且具有宽光谱响应，因此，如何获得针对13.5nm窄带响应性能且兼具高响应度、高量子效率的EUV探测器是市场应用中需要解决的问题。目前，主流的Si基EUV探测器在高温或长时间高能光子辐照后探测器的性能显著下降，GaN、SiC为代表的宽禁带半导体以材料性能优势成功地用于制作高端短波光电探测器，是制备新一代紫外半导体探测器的优选材料。
[0003]EUV探测器结构一般为光伏型探测器。然而在目前的技术条件下，半导体光伏型EUV探测器的制备面临着一个不可逾越的瓶颈：缺乏可高效传导EUV光源的透明电极。光伏探测器大多为垂直结构，光敏层位于上下导电层之间，当波长范围扩展到EUV范围时，目前主流的金属层在EUV范围内将产生很高的光学吸收，大多数入射光子会损耗在顶部接触层而不会到达光敏层产生光电流，因此导致了响应度和量子效率极低。前人研究中已经提出的进一步减小金属厚度或使用图案化的金属薄膜的方案，但在工业上实现较为困难；石墨烯由于具有较高的EUV光透过率，有研究被认为是EUV探测器的顶级电极材料，但是石墨烯电极光电探测器通常存在漏电流大、均匀性差等问题，限制了其实际应用前景。由此可见，如何有效提高极紫外探测器的探测效率和器件稳定性，是极紫外探测器设计和制备所面临的关键科学问题之一。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种针对13.5nm无需滤波片的窄带EUV光电探测器，该探测器使用Nb或Mo作为透明金属导电窗口层的探测器，能有效提高EUV探测器的响应度和量子效率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]本专利技术提供了一种针对13.5nm无需滤波片的窄带EUV光电探测器，所述探测器的结构从上到下依次为：以Nb或Mo作为透明金属的导电窗口层、p
‑
GaN光子吸收层、n
‑
SiC导电衬底和欧姆接触层。
[0007]如图1a所示，相比Si或SiC，GaN对13.5nm的光具有更强的吸收，这意味着如果用GaN作为吸光层替代目前主流的Si和SiC，理论上将具有更高的探测效率。
[0008]金属Nb和Mo对EUV光有天然的选择透过性，这两种金属与Au(目前EUV探测器工艺
中使用的顶部金属层)在EUV波段理论上的透过率如图1b所示，Nb在13.5nm处可以达到超过80％的透过率，Mo也在13.5nm处有接近80％的透过率，而在20
‑
25nm后透过率几乎为0。因此，Nb和Mo可作为EUV探测器顶部电极的理想材料，在保证探测效率的同时，还可以使探测器具有选择响应性。
[0009]优选地，所述欧姆接触层为Ti金属层，所述探测器的结构包括背向Mo/p
‑
GaN/n
‑
SiC/Ti的P
‑
N结构和背向Nb/p
‑
GaN/n
‑
SiC/Ti的P
‑
N结构。
[0010]优选地，所述透明金属导电窗口层的厚度为30～70nm，所述p
‑
GaN光子吸收层的厚度为50～150nm，所述n
‑
SiC导电衬底的厚度为6～10μm，所述欧姆接触层的厚度为30～70nm。
[0011]优选地，所述p
‑
GaN光子吸收层的载流子浓度为10
15
～10
17
cm
‑3，所述n
‑
SiC导电衬底的载流子浓度为10
14
～10
16
cm
‑3。
[0012]本专利技术还提供一种针对13.5nm无需滤波片的窄带EUV光电探测器的制备方法，制备流程包括：
[0013]S1、在n
‑
SiC导电衬底上生长p
‑
GaN光子吸收层；
[0014]S2、在n
‑
SiC衬底表面蒸镀Ti金属电极；
[0015]S3、对p
‑
GaN光子吸收层进行光刻蚀，在p
‑
GaN表面蒸镀Nb金属电极或Mo金属电极；
[0016]S4、电极蒸镀结束后对金属电极快速退火。
[0017]优选地，所述退火为在N2气氛中以550℃退火2min。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019]本专利技术使用Nb或Mo作为透明金属导电窗口层的探测器，且使用Nb层和Mo层均可达到波长选择响应的效果。该探测器为p
‑
GaN/n
‑
SiC结构，5
‑
16nm波段为该探测器工作的最佳范围，具有仅11nm的窄带响应窗口，除此以外的波段几乎无响应，为优秀的窄带探测器，其R
13.5nm
/R
35.5 nm
响应度抑制比高达103，实现了高灵敏度的选择响应性。同时，该探测器在13.5nm波段保持了高响应度和高量子效率，在0V偏压下的Mo层和Nb层的响应度和量子效率分别为0.116A/W、1046.03％和0.132A/W、1214.79％，与目前以Au为金属顶层的传统EUV器件相比性能参数得到巨大提升。本专利技术为制造高性能的EUV探测器提供了新的思路，在13.5nm窄带光电探测器领域具有良好的应用前景。
附图说明
[0020]图1为GaN与Si、SiC在EUV波段的吸收度对比(a)；Mo、Nb与Au在EUV波段的透过率对比(b)；
[0021]图2为样品A器件的结构示意图；
[0022]图3为样品B器件的结构示意图；
[0023]图2和图3中，1、p
‑
GaN光子吸收层；2、n
‑
SiC导电衬底；3、Ti金属层(电极)；4、Mo金属层(电极)；5、Nb金属层(电极)；
[0024]图4为样品A、B、C在13.5nm照射和黑暗条件下的I
‑
V测试结果；
[0025]图5为零偏压下样品A、B、C的响应度随波长的变化，其中(a)样品A和样品B、(b)样品C；
[0026]图6为样品A、B、C的EQE随波长变化曲线；
[0027]图7为样品A和B的响应周期；
[0028]图8为样品A的响应速度(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对13.5nm无需滤波片的窄带EUV光电探测器，其特征在于，所述探测器的结构从上到下依次为：以Nb或Mo作为透明金属的导电窗口层、p
‑
GaN光子吸收层、n
‑
SiC导电衬底和欧姆接触层。2.根据权利要求1所述的针对13.5nm无需滤波片的窄带EUV光电探测器，其特征在于，所述欧姆接触层为Ti金属层，所述探测器的结构包括背向Mo/p
‑
GaN/n
‑
SiC/Ti的P
‑
N结构和背向Nb/p
‑
GaN/n
‑
SiC/Ti的P
‑
N结构。3.根据权利要求1所述的针对13.5nm无需滤波片的窄带EUV光电探测器，其特征在于，所述透明金属导电窗口层的厚度为30～70nm，所述p
‑
GaN光子吸收层的厚度为50～150nm，所述n
‑
SiC导电衬底的厚度为6～10μm，所述欧姆接触层的厚度为30～70nm。4.根据权利要求1所述的针对13.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟，张乃霁，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：