本发明专利技术公开了一种内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器及其制备方法，涉及微电子技术领域，本发明专利技术的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，基于PiN结构，在第一掺杂类型外延层内间隔设置多个沟槽，沟槽内壁设置有与灵敏区不同的掺杂类型的区域，并在PiN结构中单一掺杂类型的灵敏区内部设置位于沟槽下方与灵敏区不同掺杂类型的超级结。由于引入超级结以及沟槽内壁的掺杂区域，使得灵敏区的耗尽区宽度增加，耗尽区内部的电场会使得辐照产生的电子空穴对更好的被收集，从而提高了探测器的电荷收集效率。
1、半导体辐照探测器已广泛的应用在核医学、核电站检测、环境监测、空间粒子探测等领域。宽禁带半导体碳化硅(sic)材料相比传统的si、ge材料而言，具有禁带宽度大、临界位移能高、临界击穿场强大、热导率高等特点，其制成的辐照探测器在很大程度上克服了传统半导体器件在高温、强辐照等恶劣环境下工作时器件性能下降的问题。
2、sic辐照探测器在探测标定高能、高剂量辐照粒子轨迹及能谱方面已展现出较好的应用潜力。通常采用pin二极管结构作为探测器主体，其中灵敏区，即i区体积决定了探测效率。在探测器面积一定的前提下，为保证辐照生载流子的充分收集，需要将探测器灵敏区厚度的设定与辐照粒子在材料中的有效射程相对应，即，对于有着较大能量沉积距离的高能辐照粒子，需要设计较厚的灵敏区。灵敏区的另一个特征是其掺杂浓度较低，以保证利用较小的反偏压实现较大的灵敏区耗尽。然而对于高能粒子辐照探测，厚的灵敏区仍然需要较大的反偏工作电压以实现耗尽收集，这意味着基于传统肖特基或pin二极管而设计的探测器具有很强的表面及结区峰值电场，给探测器带来显著的漏电噪声风险。同时单一的i区设计也使得灵敏区内的电场分布不均匀，不利于辐照生载流子的分离与收集。
>2、本专利技术提供了一种内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，包括：3、衬底层；
4、第一掺杂类型外延层，位于所述衬底层的上表面；
5、多个沟槽，所述沟槽从所述第一掺杂类型外延层的上表面延伸至所述第一掺杂类型外延层的内部，所述多个沟槽间隔设置；
6、多个超级结，位于所述第一掺杂类型外延层内部，所述多个超级结一一对应设置在所述多个沟槽的下方，所述超级结的离子掺杂类型与所述第一掺杂类型外延层的离子掺杂类型不同；
7、第二掺杂类型外延层，位于所述沟槽的内壁以及所述第一掺杂类型外延层的上表面；
8、第一欧姆接触电极，位于所述第二掺杂类型外延层的上表面；
9、第二欧姆接触电极，位于所述衬底层的下表面。
10、在本专利技术的一个实施例中，所述衬底层为碳化硅衬底，掺杂类型为n型，掺杂浓度为5×1018cm-3-8×1018cm-3。
11、在本专利技术的一个实施例中，所述第一掺杂类型外延层的厚度为20-100μm，掺杂类型为n型，掺杂浓度为1×1014cm-3-5×1014cm-3。
12、在本专利技术的一个实施例中，所述沟槽的宽度为5μm-15μm，深度为10μm-90μm。
13、在本专利技术的一个实施例中，相邻所述沟槽之间的间距为5μm-15μm。
14、在本专利技术的一个实施例中，所述超级结的掺杂类型为p型，掺杂浓度为1×1015cm-3-1×1017cm-3。
15、在本专利技术的一个实施例中，所述超级结的宽度为1μm-15μm，厚度为10μm-40μm。
16、在本专利技术的一个实施例中，所述第二掺杂类型外延层厚度为0.5μm-2μm，掺杂类型为p型，掺杂浓度为5×1018cm-3-2×1019cm-3。
17、在本专利技术的一个实施例中，所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极的材料均为ni，厚度为0.2μm-1μm。
18、本专利技术提供了一种内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器的制备方法，适用于上述任一项实施例所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，所述制备方法，包括：
19、步骤1：选取衬底层，在所述衬底层的上表面外延生长第一掺杂类型外延层；
20、步骤2：对所述第一掺杂类型外延层进行刻蚀，形成从所述第一掺杂类型外延层的上表面延伸至其内部的多个沟槽，所述多个沟槽间隔设置；
21、步骤3：利用离子注入在所述第一掺杂类型外延层的内部形成多个超级结，所述多个超级结一一对应设置在所述多个沟槽的下方；
22、步骤4：利用离子注入在所述沟槽的内壁以及所述第一掺杂类型外延层的上表面形成第二掺杂类型外延层；
23、步骤5：在所述第二掺杂类型外延层的上表面和所述衬底层的下表面溅射金属层，形成第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极。
24、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
25、1.本专利技术的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，基于pin结构，在第一掺杂类型外延层内间隔设置多个沟槽，沟槽内壁设置有与灵敏区不同的掺杂类型的区域，并在pin结构中单一掺杂类型的灵敏区内部设置位于沟槽下方与灵敏区不同掺杂类型的超级结。由于引入超级结以及沟槽内壁的掺杂区域，使得灵敏区的耗尽区宽度增加，耗尽区内部的电场会使得辐照产生的电子空穴对更好的被收集，从而提高了探测器的电荷收集效率；
26、2.本专利技术的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，由于沟槽的引入会使得原本平面结构的器件变成沟槽型的器件，使得器件表面的转换材料与器件的接触面积增加，从而使得更多的次级粒子进入器件被收集，从而提高了探测器的本征探测效率；
27、3.本专利技术的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，由于引入了超级结和沟槽，同时超级结以及沟槽内壁的掺杂区域会改变整体的电场分布，优化探测器内部的电场分布，使得电场分布更加均匀，均匀的电场也会促进探测器的电荷收集效率的提高，从而在辐照环境下，减少辐照损伤对探测器性能的影响。
28、上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
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【技术保护点】
1.一种内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，其特征在于，所述衬底层(1)为碳化硅衬底，掺杂类型为N型，掺杂浓度为5×1018cm-3-8×1018cm-3。
3.根据权利要求1所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，其特征在于，所述第一掺杂类型外延层(2)的厚度为20-100μm，掺杂类型为N型，掺杂浓度为1×1014cm-3-5×1014cm-3。
4.根据权利要求1所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，其特征在于，所述沟槽(4)的宽度为5μm-15μm，深度为10μm-90μm。
5.根据权利要求1所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，其特征在于，相邻所述沟槽(4)之间的间距为5μm-15μm。
6.根据权利要求1所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，其特征在于，所述超级结(3)的掺杂类型为P型，掺杂浓度为1×1015cm-3-1×1017cm-3。
7.根据权利要求1所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，其特征在于，所述超级结(3)的宽度为1μm-15μm，厚度为10μm-40μm。
8.根据权利要求1所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，其特征在于，所述第二掺杂类型外延层(5)厚度为0.5μm-2μm，掺杂类型为P型，掺杂浓度为5×1018cm-3-2×1019cm-3。
9.根据权利要求1所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，其特征在于，所述第一欧姆接触电极(6)和所述第二欧姆接触电极(7)的材料均为Ni，厚度为0.2μm-1μm。
10.一种内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器的制备方法，其特征在于，适用于权利要求1-9任一项所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，所述制备方法，包括：
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【技术特征摘要】
1.一种内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，其特征在于，所述衬底层(1)为碳化硅衬底，掺杂类型为n型，掺杂浓度为5×1018cm-3-8×1018cm-3。
3.根据权利要求1所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，其特征在于，所述第一掺杂类型外延层(2)的厚度为20-100μm，掺杂类型为n型，掺杂浓度为1×1014cm-3-5×1014cm-3。
4.根据权利要求1所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，其特征在于，所述沟槽(4)的宽度为5μm-15μm，深度为10μm-90μm。
5.根据权利要求1所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，其特征在于，相邻所述沟槽(4)之间的间距为5μm-15μm。
6.根据权利要求1所述的内嵌超级结的沟槽型碳化硅辐照探测器，...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩超，郭永征，袁昊，张玉明，吴勇，毕胜锦，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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