一种具有红外光开关特性的紫外芯片及其制备方法技术

技术编号：41281569 阅读：4 留言：0更新日期：2024-05-11 09:31

本发明专利技术公开一种具有红外光开关特性的紫外芯片，其包括CdS衬底，CdS衬底上沉积有钝化层，钝化层中心开有第一窗口，在第一窗口处沉积VO<subgt;2</subgt;相变薄膜层，钝化层一侧开有第二窗口，第二窗口处沉积有欧姆接触复合电极层，CdS衬底的背面沉积有增透膜层；所述CdS衬底导电类型为N型，所述VO<subgt;2</subgt;相变薄膜层在相变前、后分别与CdS衬底形成同型异质结、肖特基结。同时公开上述具有红外光开关特性的紫外芯片的制备方法。本发明专利技术制备得到的紫外芯片具有红外开关率高、红外开关速度快、响应速度快的优点，兼备抗干扰与抗攻击能力。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体制造，尤其是涉及一种具有红外光开关特性的紫外芯片及其制备方法。

技术介绍

1、随着红外干扰技术的不断发展，3～5μm单波段红外探测技术逐渐难以满足制导武器的应用需求，紫外探测技术由于在抗干扰方面的优势而被应用于红外制导系统中，如图1所示，将紫外芯片1与红外芯片2叠层放置，前置的紫外芯片可以探测紫外波段的信号，后置的红外芯片可以探测透过紫外芯片的红外信号。然而，现有技术中紫外芯片的红外透过率无法根据入射红外光的强度差异而变化，当有高能红外光入射时，很容易损坏后置的红外芯片，造成其功能性退化或者无信号输出而失效。传统的紫外芯片不具备抗攻击能力。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种具有红外光开关特性的紫外芯片及其制备方法，所述紫外芯片具有红外开关率高、红外开关速度快、响应速度快的优点，兼备抗干扰与抗攻击能力。

2、为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：

3、一种具有红外光开关特性的紫外芯片，其包括cds衬底，cds衬底上沉积有钝化层，钝化层中心开有第一窗口，在第一窗口处沉积vo2相变薄膜层，钝化层一侧开有第二窗口，第二窗口处沉积有欧姆接触复合电极层，cds衬底的背面沉积有增透膜层；所述cds衬底导电类型为n型，所述vo2相变薄膜层在相变前、后分别与cds衬底形成同型异质结、肖特基结。

4、进一步地，上述的cds衬底的厚度为200～300μm，vo2相变薄膜层的厚度为100～150nm。

5、进一步地，上述的钝化层的厚度为100～400nm，材料包括但不限于zns、sio2、si3n4。

6、进一步地，上述的欧姆接触复合电极层包括粘附层和电极层，粘附层的材质为ti或cr，厚度为50～150nm；电极层的材质为au、ni或al，厚度为200～600nm。

7、进一步地，上述的增透膜层的材质为sio2或mgf2，厚度为500～900nm。

8、一种具有红外光开关特性的紫外芯片的制备方法，其包括以下步骤：

9、s1、提供一cds衬底；

10、s2、采用光刻工艺在衬底cds上光刻出光敏面与电极窗口图形，在cds衬底上沉积钝化层；

11、s3、采用光刻工艺在cds衬底光敏面处光刻图形，采用离子束溅射方法在cds光敏面处沉积vo2相变薄膜层；

12、s4、采用光刻工艺得到n和p电极图形，采用磁控溅射方法沉积欧姆接触复合电极层；

13、s5、在cds衬底背面沉积增透膜层。

14、进一步地，上述的步骤s2中，钝化层材料为zns时，采用磁控溅射方法在cds衬底上沉积钝化层，沉积工艺条件为：腔室真空度范围为3×10-6～8×10-6torr，ar流量为20～30sccm，溅射功率为100～150w，沉积时间为20～40min；钝化层制备完成后的cds衬底在沸腾的mos级丙酮中浸泡1～3h，利用剥离工艺去除cds衬底的光敏面与电极窗口处的薄膜层，得到钝化层。

15、进一步地，上述的步骤s2中，钝化层材料为sio2或si3n4时，采用pecvd方法在cds衬底上沉积钝化层，沉积工艺条件为：钝化层材料为sio2时，反应气体为n2o和sih4，n2o气体流量为20～40sccm，sih4气体流量为10～25sccm，生长功率为40～200w，沉积温度为80～100℃，沉积时间为10～20min；钝化层材料为si3n4时，反应气体为nh3和sih4，nh3气体流量为10～30sccm，sih4气体流量为90～120sccm，生长功率为40～150w，沉积温度为80～100℃，沉积时间为10～30min；钝化层制备完成后的cds衬底在沸腾的mos级丙酮中浸泡1～3h，利用剥离工艺去除cds衬底的光敏面与电极窗口处的薄膜层，得到钝化层。

16、进一步地，上述的步骤s3中，采用离子束溅射方法在cds衬底的光敏面处沉积vo2相变薄膜层，沉积工艺条件为：ar流量为9～10sccm，o2流量为1.0～1.5sccm，溅射功率为120～150w，沉积时间为20～30min；vo2相变薄膜层制备完成后的cds衬底在丙酮中浸泡1～2h，利用剥离工艺去除光敏面之外的vo2相变薄膜层；将沉积有vo2相变薄膜层的cds衬底放入管式退火炉中进行后退火处理，退火工艺条件为：n2流量25～30ml/min，退火温度300～350℃，退火时间为2～2.5h，得到vo2相变薄膜层。

17、进一步地，上述的步骤s4中，采用磁控溅射方法沉积欧姆接触复合电极层，欧姆接触复合电极层包括粘附层和电极层，沉积工艺条件为：ar流量为60～70sccm，粘附层溅射功率为100～150w，电极层溅射功率为200～250w；欧姆接触复合电极层制备完成后的cds衬底在丙酮中浸泡1～3h，利用剥离工艺去除电极图形之外的薄膜，得到欧姆接触复合电极层。

18、进一步地，上述的步骤s5中，增透膜层的材质为sio2时，在cds衬底背面采用pecvd(等离子增强化学气相沉积)方法沉积增透膜层，pecvd沉积工艺条件为：n2o气体流量为20～40sccm，sih4气体流量为10～25sccm，生长功率为40～60w，沉积时间为20～45min，得到sio2增透膜层。

19、进一步地，上述的步骤s5中，增透膜层的材质为mgf2时，在cds衬底背面采用磁控溅射方法沉积增透膜层，磁控溅射沉积工艺条件为：腔室真空度范围为3×10-6～8×10-6torr，ar流量为20～30sccm，溅射功率为100～200w，沉积时间为80～100min，得到mgf2增透膜层。

20、本专利技术具有红外光开关特性的紫外芯片，其实现具有红外光开关特性的作用机理：vo2(二氧化钒)作为一种相变材料，当环境温度或入射光强达到相变阈值后会发生半导体向金属态的转变，且该过程可逆；当红外信号比较微弱时，vo2为半导体态，红外信号的透过率比较高；当红外信号突然增强或者有红外激光武器攻击时，vo2会在飞秒量级的时间内发生相变，红外透过率大幅降低，保护红外探测器；当攻击结束后，vo2会恢复到具有红外高透过率的半导体态。

21、cds(硫化镉)是一种ⅱ-ⅵ族化合物半导体，红外透过率高，其光谱响应范围包含300～500nm，很适合作为紫外芯片的衬底材料。此外，cds的禁带宽度约为2.5ev，功函数约为4ev，晶格常数约为5.82a；而相变前的vo2的禁带宽度约为0.6ev，功函数约为5.7ev，晶格常数约为5.19a；两种材料的晶格常数接近，因此能够在cds衬底上制备vo2形成n-nvo2-cds同型异质结。n型cds的费米能级比相变前的vo2的费米能级高，所以电子将从cds流向vo2，在vo2一侧形成了电子的积累层，在cds一侧形成了电子的耗尽层，具有整流特性。相变后的vo2具有金属特性，与cds接触后会形成肖特基势垒，电子仍从cds流向vo2，具有整流特性。

22、由本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种具有红外光开关特性的紫外芯片，其特征是：其包括CdS衬底，CdS衬底上沉积有钝化层，钝化层中心开有第一窗口，在第一窗口处沉积VO2相变薄膜层，钝化层一侧开有第二窗口，第二窗口处沉积有欧姆接触复合电极层，CdS衬底的背面沉积有增透膜层；所述CdS衬底导电类型为N型，所述VO2相变薄膜层在相变前、后分别与CdS衬底形成同型异质结、肖特基结。

2.根据权利要求1所述的具有红外光开关特性的紫外芯片，其特征是：其CdS衬底的厚度为200～300μm，VO2相变薄膜层的厚度为100～150nm。

3.根据权利要求1所述的具有红外光开关特性的紫外芯片，其特征是：其钝化层的厚度为100～400nm，材料包括但不限于ZnS、SiO2、Si3N4。

4.根据权利要求1所述的具有红外光开关特性的紫外芯片，其特征是：其欧姆接触复合电极层包括粘附层和电极层，粘附层的材质为Ti或Cr，厚度为50～150nm；电极层的材质为Au、Ni或Al，厚度为200～600nm。

5.根据权利要求1所述的具有红外光开关特性的紫外芯片，其特征是：其增透膜层的材质为SiO2或MgF2，厚度为500～900nm。

6.一种权利要求1～5中任一权利要求所述的具有红外光开关特性的紫外芯片的制备方法，其特征是：其包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的具有红外光开关特性的紫外芯片的制备方法，其特征是：其包括以下特征中任一项：

8.根据权利要求6所述的具有红外光开关特性的紫外芯片的制备方法，其特征是：所述步骤S3中，采用离子束溅射方法在CdS衬底的光敏面处沉积VO2相变薄膜层，沉积工艺条件为：Ar流量为9～10SCCM，O2流量为1.0～1.5sccm，溅射功率为120～150W，沉积时间为20～30min；VO2相变薄膜层制备完成后的CdS衬底在丙酮中浸泡1～2h，利用剥离工艺去除光敏面之外的VO2相变薄膜层；将沉积有VO2相变薄膜层的CdS衬底放入管式退火炉中进行后退火处理，退火工艺条件为：N2流量25～30ml/min，退火温度300～350℃，退火时间为2～2.5h，得到VO2相变薄膜层。

9.根据权利要求6所述的具有红外光开关特性的紫外芯片的制备方法，其特征是：所述步骤S4中，采用磁控溅射方法沉积欧姆接触复合电极层，欧姆接触复合电极层包括粘附层和电极层，沉积工艺条件为：Ar流量为60～70SCCM，粘附层溅射功率为100～150W，电极层溅射功率为200～250W；欧姆接触复合电极层制备完成后的CdS衬底在丙酮中浸泡1～3h，利用剥离工艺去除电极图形之外的薄膜，得到欧姆接触复合电极层。

10.根据权利要求6所述的具有红外光开关特性的紫外芯片的制备方法，其特征是：其包括以下特征中任一项：

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【技术特征摘要】

1.一种具有红外光开关特性的紫外芯片，其特征是：其包括cds衬底，cds衬底上沉积有钝化层，钝化层中心开有第一窗口，在第一窗口处沉积vo2相变薄膜层，钝化层一侧开有第二窗口，第二窗口处沉积有欧姆接触复合电极层，cds衬底的背面沉积有增透膜层；所述cds衬底导电类型为n型，所述vo2相变薄膜层在相变前、后分别与cds衬底形成同型异质结、肖特基结。

2.根据权利要求1所述的具有红外光开关特性的紫外芯片，其特征是：其cds衬底的厚度为200～300μm，vo2相变薄膜层的厚度为100～150nm。

3.根据权利要求1所述的具有红外光开关特性的紫外芯片，其特征是：其钝化层的厚度为100～400nm，材料包括但不限于zns、sio2、si3n4。

4.根据权利要求1所述的具有红外光开关特性的紫外芯片，其特征是：其欧姆接触复合电极层包括粘附层和电极层，粘附层的材质为ti或cr，厚度为50～150nm；电极层的材质为au、ni或al，厚度为200～600nm。

5.根据权利要求1所述的具有红外光开关特性的紫外芯片，其特征是：其增透膜层的材质为sio2或mgf2，厚度为500～900nm。

6.一种权利要求1～5中任一权利要求所述的具有红外光开关特性的紫外芯片的制备方法，其特征是：其包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的具...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺琦璐，张向锋，赵东阳，周晓倩，朱旭波，陈刚，张利学，
申请(专利权)人：中航凯迈上海红外科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

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