本發(fā)明屬于微電子，具體涉及一種內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、半導(dǎo)體輻照探測器已廣泛的應(yīng)用在核醫(yī)學(xué)、核電站檢測、環(huán)境監(jiān)測、空間粒子探測等領(lǐng)域。寬禁帶半導(dǎo)體碳化硅(sic)材料相比傳統(tǒng)的si、ge材料而言，具有禁帶寬度大、臨界位移能高、臨界擊穿場強(qiáng)大、熱導(dǎo)率高等特點(diǎn)，其制成的輻照探測器在很大程度上克服了傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件在高溫、強(qiáng)輻照等惡劣環(huán)境下工作時(shí)器件性能下降的問題。

2、sic輻照探測器在探測標(biāo)定高能、高劑量輻照粒子軌跡及能譜方面已展現(xiàn)出較好的應(yīng)用潛力。通常采用pin二極管結(jié)構(gòu)作為探測器主體，其中靈敏區(qū)，即i區(qū)體積決定了探測效率。在探測器面積一定的前提下，為保證輻照生載流子的充分收集，需要將探測器靈敏區(qū)厚度的設(shè)定與輻照粒子在材料中的有效射程相對(duì)應(yīng)，即，對(duì)于有著較大能量沉積距離的高能輻照粒子，需要設(shè)計(jì)較厚的靈敏區(qū)。靈敏區(qū)的另一個(gè)特征是其摻雜濃度較低，以保證利用較小的反偏壓實(shí)現(xiàn)較大的靈敏區(qū)耗盡。然而對(duì)于高能粒子輻照探測，厚的靈敏區(qū)仍然需要較大的反偏工作電壓以實(shí)現(xiàn)耗盡收集，這意味著基于傳統(tǒng)肖特基或pin二極管而設(shè)計(jì)的探測器具有很強(qiáng)的表面及結(jié)區(qū)峰值電場，給探測器帶來顯著的漏電噪聲風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)單一的i區(qū)設(shè)計(jì)也使得靈敏區(qū)內(nèi)的電場分布不均勻，不利于輻照生載流子的分離與收集。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器及其制備方法本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

2、本發(fā)明提供了一種內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，包括：

3、襯底層；

4、第一摻雜類型外延層，位于所述襯底層的上表面；

5、多個(gè)溝槽，所述溝槽從所述第一摻雜類型外延層的上表面延伸至所述第一摻雜類型外延層的內(nèi)部，所述多個(gè)溝槽間隔設(shè)置；

6、多個(gè)超級(jí)結(jié)，位于所述第一摻雜類型外延層內(nèi)部，所述多個(gè)超級(jí)結(jié)一一對(duì)應(yīng)設(shè)置在所述多個(gè)溝槽的下方，所述超級(jí)結(jié)的離子摻雜類型與所述第一摻雜類型外延層的離子摻雜類型不同；

7、第二摻雜類型外延層，位于所述溝槽的內(nèi)壁以及所述第一摻雜類型外延層的上表面；

8、第一歐姆接觸電極，位于所述第二摻雜類型外延層的上表面；

9、第二歐姆接觸電極，位于所述襯底層的下表面。

10、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述襯底層為碳化硅襯底，摻雜類型為n型，摻雜濃度為5×1018cm-3-8×1018cm-3。

11、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一摻雜類型外延層的厚度為20-100μm，摻雜類型為n型，摻雜濃度為1×1014cm-3-5×1014cm-3。

12、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述溝槽的寬度為5μm-15μm，深度為10μm-90μm。

13、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，相鄰所述溝槽之間的間距為5μm-15μm。

14、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述超級(jí)結(jié)的摻雜類型為p型，摻雜濃度為1×1015cm-3-1×1017cm-3。

15、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述超級(jí)結(jié)的寬度為1μm-15μm，厚度為10μm-40μm。

16、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第二摻雜類型外延層厚度為0.5μm-2μm，摻雜類型為p型，摻雜濃度為5×1018cm-3-2×1019cm-3。

17、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一歐姆接觸電極和所述第二歐姆接觸電極的材料均為ni，厚度為0.2μm-1μm。

18、本發(fā)明提供了一種內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器的制備方法，適用于上述任一項(xiàng)實(shí)施例所述的內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，所述制備方法，包括：

19、步驟1：選取襯底層，在所述襯底層的上表面外延生長第一摻雜類型外延層；

20、步驟2：對(duì)所述第一摻雜類型外延層進(jìn)行刻蝕，形成從所述第一摻雜類型外延層的上表面延伸至其內(nèi)部的多個(gè)溝槽，所述多個(gè)溝槽間隔設(shè)置；

21、步驟3：利用離子注入在所述第一摻雜類型外延層的內(nèi)部形成多個(gè)超級(jí)結(jié)，所述多個(gè)超級(jí)結(jié)一一對(duì)應(yīng)設(shè)置在所述多個(gè)溝槽的下方；

22、步驟4：利用離子注入在所述溝槽的內(nèi)壁以及所述第一摻雜類型外延層的上表面形成第二摻雜類型外延層；

23、步驟5：在所述第二摻雜類型外延層的上表面和所述襯底層的下表面濺射金屬層，形成第一歐姆接觸電極和第二歐姆接觸電極。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

25、1.本發(fā)明的內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，基于pin結(jié)構(gòu)，在第一摻雜類型外延層內(nèi)間隔設(shè)置多個(gè)溝槽，溝槽內(nèi)壁設(shè)置有與靈敏區(qū)不同的摻雜類型的區(qū)域，并在pin結(jié)構(gòu)中單一摻雜類型的靈敏區(qū)內(nèi)部設(shè)置位于溝槽下方與靈敏區(qū)不同摻雜類型的超級(jí)結(jié)。由于引入超級(jí)結(jié)以及溝槽內(nèi)壁的摻雜區(qū)域，使得靈敏區(qū)的耗盡區(qū)寬度增加，耗盡區(qū)內(nèi)部的電場會(huì)使得輻照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)更好的被收集，從而提高了探測器的電荷收集效率；

26、2.本發(fā)明的內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，由于溝槽的引入會(huì)使得原本平面結(jié)構(gòu)的器件變成溝槽型的器件，使得器件表面的轉(zhuǎn)換材料與器件的接觸面積增加，從而使得更多的次級(jí)粒子進(jìn)入器件被收集，從而提高了探測器的本征探測效率；

27、3.本發(fā)明的內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，由于引入了超級(jí)結(jié)和溝槽，同時(shí)超級(jí)結(jié)以及溝槽內(nèi)壁的摻雜區(qū)域會(huì)改變整體的電場分布，優(yōu)化探測器內(nèi)部的電場分布，使得電場分布更加均勻，均勻的電場也會(huì)促進(jìn)探測器的電荷收集效率的提高，從而在輻照環(huán)境下，減少輻照損傷對(duì)探測器性能的影響。

28、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。

技術(shù)特征：

1.一種內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，其特征在于，所述襯底層(1)為碳化硅襯底，摻雜類型為n型，摻雜濃度為5×1018cm-3-8×1018cm-3。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，其特征在于，所述第一摻雜類型外延層(2)的厚度為20-100μm，摻雜類型為n型，摻雜濃度為1×1014cm-3-5×1014cm-3。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，其特征在于，所述溝槽(4)的寬度為5μm-15μm，深度為10μm-90μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，其特征在于，相鄰所述溝槽(4)之間的間距為5μm-15μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，其特征在于，所述超級(jí)結(jié)(3)的摻雜類型為p型，摻雜濃度為1×1015cm-3-1×1017cm-3。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，其特征在于，所述超級(jí)結(jié)(3)的寬度為1μm-15μm，厚度為10μm-40μm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，其特征在于，所述第二摻雜類型外延層(5)厚度為0.5μm-2μm，摻雜類型為p型，摻雜濃度為5×1018cm-3-2×1019cm-3。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，其特征在于，所述第一歐姆接觸電極(6)和所述第二歐姆接觸電極(7)的材料均為ni，厚度為0.2μm-1μm。

10.一種內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器的制備方法，其特征在于，適用于權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，所述制備方法，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器及其制備方法，涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明的內(nèi)嵌超級(jí)結(jié)的溝槽型碳化硅輻照探測器，基于PiN結(jié)構(gòu)，在第一摻雜類型外延層內(nèi)間隔設(shè)置多個(gè)溝槽，溝槽內(nèi)壁設(shè)置有與靈敏區(qū)不同的摻雜類型的區(qū)域，并在PiN結(jié)構(gòu)中單一摻雜類型的靈敏區(qū)內(nèi)部設(shè)置位于溝槽下方與靈敏區(qū)不同摻雜類型的超級(jí)結(jié)。由于引入超級(jí)結(jié)以及溝槽內(nèi)壁的摻雜區(qū)域，使得靈敏區(qū)的耗盡區(qū)寬度增加，耗盡區(qū)內(nèi)部的電場會(huì)使得輻照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)更好的被收集，從而提高了探測器的電荷收集效率。

技術(shù)研發(fā)人員：韓超,郭永征,袁昊,張玉明,吳勇,畢勝錦
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9