一种黑硅结构及其制造方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种制造黑硅结构的方法，包括：获取P型硅衬底；在P型硅衬底上形成黑硅层；在黑硅层中掺入受主杂质，形成掺杂的黑硅层。本发明专利技术的实施例中，制成的黑体结构对可见光以及近红外光波段有良好的吸收性能、噪声电流低、信噪比高、并且操作简单、成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光敏材料
，尤其是涉及。
技术介绍
晶体硅由于易提纯、易掺杂、耐高温等优点在半导体行业中具有非常广泛的应用，但同样也存在很多缺陷，如晶体硅表面对可见-红外光的反射很高，而且因为禁带宽度大，晶体娃不能吸收波长大于IlOOnm的光波，当入射光的波长大于IlOOnm时,娃探测器对光的 吸收率和响应率将大大降低。在探测这些波段时必须使用锗、砷化镓铟等其他材料。由于这些材料的价格昂贵、热力学性能和晶体质量较差以及不能与现有的成熟的硅工艺兼容等缺点而限制了其在硅基器件方面的应用。因此，减少晶体硅表面的反射、扩展硅基和硅兼容光电探测器的探测波段仍然是目前最热门的研究。为了减少晶体硅表面的反射，人们采用了许多实验方法和技术，如光刻技术、反应离子束刻蚀、电化学腐蚀等。这些技术都能在一定程度上改变晶体硅表面及近表面形貌，达到减少硅表面反射的目的。在可见光波段，减少反射可以增加吸收，提高器件的效率。但在波长超过IlOOnm时，如果不在硅禁带中引入吸收能级，反射减少仅仅导致透射增加，因为硅的禁带宽度最终限制了其对长波长光的吸收。因此，要扩展硅基和硅兼容器件的敏感波段，就必须在减少硅表面反射的同时增加禁带内的光子吸收。黑硅材料作为一种对普通硅微结构化后得到的新型功能材料对从近紫外-近红外波段(250nm-2500nm)的光都能吸收，且吸收率高达90%。由于超高的光电导增益，黑硅材料产生的光电流是传统硅材料的几百倍。黑硅材料还能减少光传感器的硅的使用量，其硅消耗量是传统元件的几百分之一，这样就能节省成本，使产品更加便宜、小巧和轻便。厚度薄的元件也能集成在集成电路上。此外，基于黑硅生产的X感光设备的灵敏度非常高，拍片子是就可降低X光的放射量。由于用黑硅制造的光传感元件能捕捉到极其微弱的光线，所以可用来制造夜视镜和传感器。这些应用于低照明条件下得产品目前使用的敏感材料大部分是更加昂贵的砷化镓，因此黑硅的应用将有效降低这些产品的成本。因此，黑硅材料是制作高灵敏度红外探测器、高量子效率雪崩二极管(APD)、高响应度红外二极管及太阳能电池的理想材料，在遥感、光通讯及微电子等领域都具有重要的潜在应用价值。因此，提供对可见光以及近红外光波段有良好的吸收性能、噪声电流低、信噪比高、和/或操作简单、成本较低的黑硅结构及其制造方法是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种对可见光以及近红外光波段有良好的吸收性能的黑硅结构及其制造方法。本专利技术的目的之一是提供一种噪声电流低、信噪比高的黑硅结构及其制造方法。本专利技术实施例公开的技术方案包括 一种制造黑硅结构的方法，其特征在于，包括获取P型硅衬底；在所述P型硅衬底上形成黑硅层；在所述黑硅层中掺入受主杂质，形成掺杂的黑硅层。进一步地，所述在所述P型硅衬底上形成黑硅层包括使用反应离子刻蚀法、飞秒激光法、电化学腐蚀法或者湿法刻蚀 法在所述P型硅衬底上形成所述黑硅层。进一步地，所述在所述黑硅层中掺入受主杂质包括使用离子注入法向所述黑硅层中注入受主杂质离子。进一步地，所述受主杂质为硼、铝、镓或者铟。进一步地，该方法还包括在所述掺杂的黑硅层上和所述P型硅衬底上形成电极。进一步地，该方法还包括在所述掺杂的黑硅层上形成势垒层。进一步地，所述势垒层是氮化硅层或者氧化硅层。本专利技术的实施例中还提供了一种黑硅结构，其特征在于，包括P型硅衬底；掺杂的黑硅层，所述掺杂的黑硅层形成在所述P型硅衬底上，其中所述掺杂的黑硅层中掺入了受主杂质。进一步地，该黑硅结构还包括势垒层，所述势垒层形成在所述掺杂的黑硅层上。进一步地，所述受主杂质为硼、铝、镓或者铟。本专利技术的实施例中，黑体结构对可见光以及近红外光波段有良好的吸收性能、噪声电流低、信噪比高、并且操作简单、成本较低。附图说明图I是本专利技术一个实施例的制造黑硅结构的方法的流程示意 图2是本专利技术一个实施例的黑硅结构的截面示意 图3是本专利技术另一个实施例的黑硅结构的俯视示意图。具体实施例方式如图I所示，本专利技术的一个实施例中，一种制造黑硅结构的方法包括步骤10、步骤12和步骤14。步骤10 :获取P型硅衬底。本专利技术的实施例中，首先获取衬底材料，本专利技术的黑硅结果基于该衬底材料制成。一个实施例中，该衬底材料可以是P型硅。其中，P型硅是空穴导电的硅材料，例如，其中掺杂了硼的硅材料。当然，也可以是掺杂其它元素的P型硅。步骤12 :在P型硅衬底上形成黑硅层。获得P型硅衬底后，基于该P型硅衬底，通过对该P型硅衬底的一个表面的处理，使得在该表面上的至少一定厚度材料转变成黑硅层，从而在该P型硅衬底的该表面上形成黑娃层O本专利技术的实施例中，可以使用反应离子刻蚀法、飞秒激光法、电化学腐蚀法或者湿法刻蚀法等等方法在该P型硅衬底上形成所述黑硅层，即，用反应离子刻蚀法、飞秒激光法、电化学腐蚀法或者湿法刻蚀法等方法对P型硅衬底的至少一个表面进行处理，从而在该至少一个表面上形成黑硅层。例如，一个实施例中，可以使用飞秒激光法对P型硅衬底进行处理从而形成黑硅层。此时，将P型硅衬底(例如，P型单晶硅片)依次经三氯乙烯、丙酮、甲醇清洗干净后，置于真空腔内的可三维移动的靶台上，真空腔的本底真空例如可以小于I. 3X10_2Pa。然后通入工作气体氯气(Cl2),工作压强可以为例如6. 7X IO4Pa0采用钛蓝宝石飞秒激光器对P型单晶硅片表面进行脉冲轰击，经透镜聚焦后垂直照射到硅表面上，移动靶台使激光光斑扫描硅表面就可以获得大面积的P型黑硅材料。改变透镜与硅片的距离可调整辐照在硅表面的光斑尺寸，从而改变光通量。光斑尺寸一定时，改变靶台的移动速度可以调整照射在单位面积的硅表面上的脉冲数。本实施例中，所用的激光波长根据实际情况可选择为40(Γ1000纳米(nm)，脉冲数的范围可以为500-2100个脉冲，脉冲宽度可以为100飞秒(fs)至10纳秒(ns)。工作气压 可以为60-70KPa。例如，另一个实施例中，可以使用湿法刻蚀用酸碱溶液对P型硅衬底进行处理从而形成黑硅层。此时，在P型单晶硅衬底(P型硅衬底)上沉积氮化硅/氧化硅掩膜，然后用刻蚀液体进行刻蚀。刻蚀液体可以由强碱或者酸和水按照一定比例来配置，刻蚀温度一般选择50°C左右。例如，一个实施例中，可以对以氮化硅(Si3N4)薄膜为掩膜的P型单晶硅片表面进行碱酸湿法腐蚀，包括 步骤I :配置碱液溶液，该碱液溶液中可以包括氢氧化钾、去离子水和异丙醇，然后在水浴加热环境中对以氮化硅(Si3N4)薄膜为掩膜的P型单晶硅片进行刻蚀，得到柱状阵列结构； 步骤2 :配置酸液溶液，该酸液溶液可以包括过氧化氢、去离子水、氢氟酸、氯金酸和乙醇，用胶头滴管将酸液溶液均匀地滴在该P型单晶硅片上进行腐蚀，形成多孔状微结构。这样，可以获得到高度为470纳米(nm)、间距为2微米(Mm)的台阶微结构和孔径范围为80纳米(nm) -120纳米(nm)的多孔结构,该结构层即为黑娃层。步骤14 :在黑硅层中掺入受主杂质。获得黑硅层之后，在步骤14中，在该黑硅层中掺入受主杂质，形成掺杂的黑硅层。本专利技术的实施例中，掺入的受主杂质可以是任何适合于对P型硅掺杂的元素，例如，可以是硼、铝、镓或者铟等等。本专利技术的实施例中，可以使用任何适合的方法在该黑硅层中掺入受主杂质，例如，使用热扩散法或者离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造黑硅结构的方法，其特征在于，包括：获取P型硅衬底；在所述P型硅衬底上形成黑硅层；在所述黑硅层中掺入受主杂质，形成掺杂的黑硅层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李世彬，张鹏，吴志明，蒋亚东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：