【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于探测器领域，具体涉及一种图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法。
技术介绍
1、金刚石是一种超宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大(5.5ev)、抗辐照能力强、载流子迁移率高、相对介电常数小、热导率高、人体等效性好(原子序数与人体模型接近)以及很强的极端环境生存能力(化学惰性、高熔点、高硬度)等特点。这些特点使其十分适合在强辐照、快脉冲等极端环境中对核辐射的强度、能量分布、时间响应以及空间分布进行探测，因此金刚石材料适用于制备半导体核探测器。与传统的用硅材料等制备的半导体核探测器相比，用金刚石材料制备的半导体核探测器具有显著的性能优势，在核能发电、空间科学、工业检测、放射性医疗以及环保检测等领域被广泛应用。
2、金刚石核探测器的工作原理是入射射线与金刚石核探测器材料发生相互作用后，在探测器内部激发出电子-空穴对，电子-空穴对经过电场驱动，在电极端被收集后对外产生电信号。探测器的性能主要是通过cce(charge collection efficiency，电荷收集效率)、能量分辨率、电流-电压(i-v)特性和时间响应特性来衡量。cce反映了射线在探测器内部产生的电子-空穴对在电极端的收集率，通常要求cce尽可能的接近100％；能量分辨率反映了器件对射线能量的解析精度；i-v特性和时间响应则可以刻画辐射的强度以及随时间的变化规律。制备的核探测器通常要求要具有极佳的线性度、大的增益和动态范围、以及极快的响应时间，而金刚石核探测器的这些性能指标主要受材料质量和电极接触影响。
3、其中，在材
4、现有技术中，利用金刚石表面掺杂形成高电导层从而制备欧姆接触电极成为了一种可行的方法，由于掺杂层足够薄(＜1μm)，对核辐射的能量沉积和收集产生影响没有体掺杂显著。目前，采用上述方法的制备工艺是通过mpcvd(microwave plasma chemical vapordeposition，微波等离子化学气相沉积法)将硼烷(气态)作为硼源，并通入氢气和甲烷的原位生长法制备出掺杂浓度高达1022cm-3的重硼掺杂区，或者将固态硼化合物在腔体氢等离子体高温环境中刻蚀为含硼气体，生长或者扩散进入金刚石衬底形成硼掺杂区，该重硼掺杂区可以用作高导电区，并在该高导电区覆盖ti/pt/au等金属形成金属电极，对形成的金属电极进行高温退火形成tic欧姆接触，最终实现了约1ω·mm的欧姆接触电阻。此外，由于硼烷和硅烷有毒，另一种技术是通过增加设备成本和复杂度，改造mpcvd设备的气路数量和密封性，同时或者依次通入气态碳源、气态硼源(硼烷)和硅源(硅烷)等其他气体掺杂，通过原位生长法制备硼硅共掺杂金刚石表面并与金属形成电极。然而上述原位生长技术中，金刚石中的碳键成键过程中已经伴随了高浓度掺杂剂并共同结晶，因此生长的高掺杂层会引起金刚石晶格常数改变较大，结晶质量变差，引起缺陷、界面陷阱效应增强从而恶化器件性能；而且在大尺寸生长时效率较低、更容易发生开裂问题，难以制备具有大灵敏面积的器件；进一步，上述方法制备的欧姆接触阻抗依然较大，生长速率低下导致生产成本高、生长工艺难度大且对金刚石掺杂设备要求极高，难以满足产业和高性能器件制备要求。
5、因此，如何以低成本、工艺简便的技术制备具有优良欧姆接触电极的高性能金刚石核探测器是本专利技术所要解决的技术问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中所存在的上述问题，本专利技术提供了一种图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法。
2、本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
3、一种图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，包括：
4、步骤一、选取高纯本征金刚石衬底；
5、步骤二、在所述高纯本征金刚石衬底的上下表面分别淀积氮化硼薄膜，得到覆盖有氮化硼薄膜的金刚石衬底；
6、步骤三、在所述氮化硼薄膜上进行选择性的图形化刻蚀直至刻蚀至金刚石表面；
7、步骤四、在执行完所述图形化刻蚀的区域内淀积硅薄膜，得到含有氮化硼和硅复合薄膜的金刚石衬底；
8、步骤五、将所述含有氮化硼和硅复合薄膜的金刚石衬底置于mpcvd腔室中进行第一阶段的氢等离子体处理，以使硼原子和硅原子同步进入金刚石晶格内部形成硼硅共掺杂金刚石层，然后进行第二阶段的氢等离子体处理，以刻蚀掉该金刚石衬底表面的氮化硼和硅复合薄膜并在该金刚石衬底表面形成氢吸附层，得到包含上下两个硼硅共掺杂金刚石层且上下表面具有氢吸附层的金刚石衬底；
9、步骤六、对执行步骤五后得到的金刚石衬底进行退火，以使硼原子和硅原子掺杂横向均匀扩散且使该金刚石衬底表面的氢吸附层被去除；
10、步骤七、在所述上下两个硼硅共掺杂金刚石层的表面分别制作欧姆接触电极金属，得到金刚石核探测器。
11、可选地，所述高纯本征金刚石衬底，其杂质含量满足氮和硼的杂质浓度小于5ppb，其位错密度小于103cm-2。
12、可选地，步骤二中淀积的氮化硼薄膜的厚度为200nm～300nm。
13、可选地，步骤三中在氮化硼薄膜上进行选择性的图形化刻蚀所采用的工艺方法为icp法，工艺条件如下：工作气体为氧气，射频功率为200w，气体流量为100～150sccm，刻蚀时间为10～15min。
14、可选地，步骤二中淀积的氮化硼为99.9％的高纯氮化硼。
15、可选地，步骤四中淀积的硅为99.9999％的高纯硅。
16、可选地，步骤五中进行第一阶段的氢等离子体处理的工艺条件包括：300～400sccm的氢气流量、50～100mbar的压强、2000～2500w的微波功率、600～800℃的温度，以及5～10min处理时长；
17、步骤五中进行第二阶段的氢等离子体处理的工艺条件包括：500～600sccm的氢气流量、100～200mbar的压强、3500～4000w的微波功率、800～1000℃的温度，以及5～10m本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，其特征在于，所述高纯本征金刚石衬底，其杂质含量满足氮和硼的杂质浓度小于5ppb，其位错密度小于103cm-2。
3.根据权利要求1所述的图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，其特征在于，步骤二中淀积的氮化硼薄膜的厚度为200nm～300nm。
4.根据权利要求1所述的图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，其特征在于，步骤三中在氮化硼薄膜上进行选择性的图形化刻蚀所采用的工艺方法为ICP法，工艺条件如下：工作气体为氧气，射频功率为200W，气体流量为100～150sccm，刻蚀时间为10～15min。
5.根据权利要求1所述的图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，其特征在于，步骤二中淀积的氮化硼为99.9％的高纯氮化硼。
6.根据权利要求1所述的图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，其特征在于，步骤四中淀积的硅为99
7.根据权利要求1所述的图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，其特征在于，步骤五具体包括：
9.根据权利要求1所述的图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，其特征在于，步骤六中进行退火的时长为5～10min，退火温度为700～900℃。
10.根据权利要求1所述的图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，其特征在于，所述欧姆接触电极金属包括Au或Ti/Pt/Au的复合结构。
...【技术特征摘要】
1.一种图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，其特征在于，所述高纯本征金刚石衬底，其杂质含量满足氮和硼的杂质浓度小于5ppb，其位错密度小于103cm-2。
3.根据权利要求1所述的图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，其特征在于，步骤二中淀积的氮化硼薄膜的厚度为200nm～300nm。
4.根据权利要求1所述的图形化硼硅高效同步共掺杂的金刚石核探测器的制备方法，其特征在于，步骤三中在氮化硼薄膜上进行选择性的图形化刻蚀所采用的工艺方法为icp法，工艺条件如下：工作气体为氧气，射频功率为200w，气体流量为100～150sccm，刻蚀时间为10～15min。
5.根据权利要求1所述的图形化硼硅高效同步共掺杂...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏凯，王唯，张金风，何琦，任泽阳，李逸江，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。