【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体光电器件，尤其涉及一种高性能sic单光子紫外探测器的制备方法及探测器。
技术介绍
1、宽禁带半导体材料碳化硅(sic)、氮化镓(gan)、金钢石(c)等，均具有较宽的带隙，能够在很强的可见及红外线背景下检测200～380nm波段的紫外光，同时具有耐高温及高效、高可靠性的特点，是理想的制备紫外光电探测器的材料。而碳化硅(sic)作为一种新型的第三代半导体材料，具有大禁带宽度、高电子漂移速度、高临界击穿场强、高热导率以及化学稳定性优良等特性。sic材料在高温、大功率、光电子及抗辐射等方面具有极大的应用潜力。sic单光子探测器是一种利用碳化硅(sic)材料实现单光子检测的光电器件，其在量子通信、量子计算、激光雷达(light detection and ranging，lidar)、生物成像等领域有广泛的应用前景。
2、目前，对于sic单光子探测器的制备，通常采用倾斜台面终端的垂直结构制备，制备得到二维结构的sic单光子探测器。然而，二维结构对探测器电场的调控能力有限，使得探测器常基于低浓度外延层来实现高工作电压，低浓度使得探测器的电子增大而增加功耗，且增益相对有限。
技术实现思路
1、本专利技术实施例的目的是提供一种高性能sic单光子紫外探测器的制备方法及探测器，解决探测器的功耗增大以及增益相对有限的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供如下技术方案：
3、本专利技术第一方面提供一种高性能sic单光子紫外探测器的制备
4、在n+型sic衬底的表面生长预设n+型sic外延层；
5、利用碱土掺杂氧化硅的退火回流特性，在预设n+型sic外延层的表面制备间隔排布的半球形刻蚀掩膜；
6、利用半球形刻蚀掩膜，对预设n+型sic外延层进行刻蚀，得到n+型sic外延层，n+型sic外延层的形状为半球形形状；
7、在n+型sic外延层的表面依次外延生长n-型sic外延层和p+型sic外延层；
8、在p+型sic外延层的表面和部分n+型sic衬底的表面，生长预设siynx钝化保护层；
9、利用光刻工艺和刻蚀工艺，对p+型sic外延层表面的部分预设siynx钝化保护层进行开窗，得到siynx钝化保护层；
10、在部分p+型sic外延层的表面制备阳极电极，并在n+型sic衬底的背面依次制备阴极电极和背反射层，得到高性能sic单光子紫外探测器。
11、在一些实施例中，利用碱土掺杂氧化硅的退火回流特性，在预设n+型sic外延层的表面制备间隔排布的半球形刻蚀掩膜，包括：
12、在预设n+型sic外延层上淀积碱土掺杂氧化硅掩膜；
13、利用光刻工艺和刻蚀工艺，对碱土掺杂氧化硅掩膜进行开窗；
14、对开窗后的碱土掺杂氧化硅掩膜，使用快速热退火工艺进行掩膜退火以形成半球形刻蚀掩膜。
15、在一些实施例中，在部分p+型sic外延层的表面制备阳极电极，并在n+型sic衬底的背面依次制备阴极电极和背反射层，得到高性能sic单光子紫外探测器，包括：
16、在得到siynx钝化保护层的器件整体的正面和背面，均淀积第一ni金属；
17、对第一ni金属，在惰性氛围内使用快速热退火工艺进行退火处理，形成预设阳极电极和阴极电极；
18、利用三号液对预设阳极电极进行清洗，得到阳极电极；
19、利用电子束蒸发工艺，在阴极电极的背面淀积ti金属、第二ni金属、ag金属，形成背反射层，得到高性能sic单光子紫外探测器。
20、在一些实施例中，n+型sic衬底的厚度为350μm，浓度为5e18。
21、在一些实施例中，预设n+型sic外延层的厚度为8～10μm，浓度为1e16～5e16。
22、在一些实施例中，碱土掺杂氧化硅掩膜的厚度为2000nm，半球形刻蚀掩膜的半径为500nm～1000nm。
23、在一些实施例中，半球形刻蚀掩膜所使用的快速热退火工艺的退火温度为1000℃，时间为120s。
24、在一些实施例中，预设阳极电极和阴极电极所使用的快速热退火工艺的退火温度为1050℃，时间为120s。
25、在一些实施例中，第一ni金属、ti金属和第二ni金属的厚度均为200nm，ag金属的厚度为800nm。
26、本专利技术第二方面提供一种高性能sic单光子紫外探测器，包括：
27、由下到上依次设置的背反射层、阴极电极和n+型sic衬底；
28、n+型sic外延层，形成于n+型sic衬底的表面且间隔排布，n+型sic外延层的形状为半球形形状；
29、n-型sic外延层，形成于n+型sic外延层的表面，且与n+型sic衬底相接触；
30、p+型sic外延层，形成于n-型sic外延层的表面，且与n+型sic衬底相接触；
31、阳极电极，形成于部分p+型sic外延层的表面；
32、siynx钝化保护层，形成于部分p+型sic外延层的表面和p+型sic外延层之间的区域，并与阳极电极和n+型sic衬底相接触。
33、相较于现有技术，本专利技术提供的高性能sic单光子紫外探测器的制备方法及探测器，在n+型sic衬底的表面生长预设n+型sic外延层；利用碱土掺杂氧化硅的退火回流特性，在预设n+型sic外延层的表面制备间隔排布的半球形刻蚀掩膜；利用半球形刻蚀掩膜，对预设n+型sic外延层进行刻蚀，得到n+型sic外延层，n+型sic外延层的形状为半球形形状；在n+型sic外延层的表面依次外延生长n-型sic外延层和p+型sic外延层；在p+型sic外延层的表面和部分n+型sic衬底的表面，生长预设siynx钝化保护层；利用光刻工艺和刻蚀工艺，对p+型sic外延层表面的部分预设siynx钝化保护层进行开窗，得到siynx钝化保护层；在部分p+型sic外延层的表面制备阳极电极，并在n+型sic衬底的背面依次制备阴极电极和背反射层，得到高性能sic单光子紫外探测器。这样，利用碱土掺杂氧化硅的退火回流特性来制备三维结构的半球形刻蚀掩膜，基于该三维结构的半球形刻蚀掩膜使得最终得到高性能sic单光子紫外探测器包含三维半球形结构，三维半球形结构可以平衡高电场，并使用n+型sic外延层、n-型sic外延层和p+型sic外延层这三个高掺杂浓度的功能层，可以降低探测器的电阻以降低功耗，以及使得探测器具有更高的工作电压以实现更高的探测器性能增益。
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1.一种高性能SiC单光子紫外探测器的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的高性能SiC单光子紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述利用碱土掺杂氧化硅的退火回流特性，在所述预设n+型SiC外延层的表面制备间隔排布的半球形刻蚀掩膜，包括：
3.根据权利要求1所述的高性能SiC单光子紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述在部分p+型SiC外延层的表面制备阳极电极，并在所述n+型SiC衬底的背面依次制备阴极电极和背反射层，得到所述高性能SiC单光子紫外探测器，包括：
4.根据权利要求1所述的高性能SiC单光子紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述n+型SiC衬底的厚度为350μm，浓度为5e18。
5.根据权利要求1所述的高性能SiC单光子紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述预设n+型SiC外延层的厚度为8～10μm，浓度为1e16～5e16。
6.根据权利要求2所述的高性能SiC单光子紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述碱土掺杂氧化硅掩膜的厚度为2000nm，所述半球形刻蚀掩膜的半径为500nm～1000
7.根据权利要求2所述的高性能SiC单光子紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述半球形刻蚀掩膜所使用的所述快速热退火工艺的退火温度为1000℃，时间为120s。
8.根据权利要求3所述的高性能SiC单光子紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述预设阳极电极和所述阴极电极所使用的所述快速热退火工艺的退火温度为1050℃，时间为120s。
9.根据权利要求3所述的高性能SiC单光子紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述第一Ni金属、所述Ti金属和所述第二Ni金属的厚度均为200nm，所述Ag金属的厚度为800nm。
10.一种高性能SiC单光子紫外探测器，其特征在于，适用于权利要求1-9任一项所述的高性能SiC单光子紫外探测器的制备方法，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种高性能sic单光子紫外探测器的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的高性能sic单光子紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述利用碱土掺杂氧化硅的退火回流特性，在所述预设n+型sic外延层的表面制备间隔排布的半球形刻蚀掩膜，包括：
3.根据权利要求1所述的高性能sic单光子紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述在部分p+型sic外延层的表面制备阳极电极，并在所述n+型sic衬底的背面依次制备阴极电极和背反射层，得到所述高性能sic单光子紫外探测器，包括：
4.根据权利要求1所述的高性能sic单光子紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述n+型sic衬底的厚度为350μm，浓度为5e18。
5.根据权利要求1所述的高性能sic单光子紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述预设n+型sic外延层的厚度为8～10μm，浓度为1e16～5e16。
6.根据权利要求2所...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩超，杜丰羽，邹芳，
申请(专利权)人：西安电子科技大学芜湖研究院，
类型：发明
国别省市：
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