阅读说明：本技术 一种双结型SiC器件及其制备方法 (Double-junction SiC device and preparation method thereof ) 是由 张伟 汤乃云 叶怀宇 张国旗 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种双结型SiC器件及其制备方法,包括以下步骤：1)N型SiC衬底上形成P型SiC层；2)P型SiC层上形成N型SiC层；3)在所述N型SiC衬底底部设置第一电极,刻蚀所述N型SiC层并沉积第三电极；4)刻蚀所述N型SiC层和P型SiC层并沉积第2电极；5)N型SiC层上生长荧光层；6)金属封装荧光层和部分N型SiC层形成金属层。7)在所述金属层的内侧涂覆光反射层；8)在所述金属层顶部开辐射窗口。与现有技术相比,本发明采用两个PN结并联,光电压现象较为显著,探测灵敏度高。同时器件使用了荧光材料做为转换材料,增加可探测光子数目,并使用金属反射层提高光收集效率,探测灵敏度进一步增强。(The invention relates to a double-junction SiC device and a preparation method thereof, comprising the following steps: 1) forming a P-type SiC layer on the N-type SiC substrate; 2) forming an N-type SiC layer on the P-type SiC layer; 3) arranging a first electrode at the bottom of the N-type SiC substrate, etching the N-type SiC layer and depositing a third electrode; 4) etching the N-type SiC layer and the P-type SiC layer and depositing a No. 2 electrode; 5) growing a fluorescent layer on the N-type SiC layer; 6) the metal-encapsulated fluorescent layer and a portion of the N-type SiC layer form a metal layer. 7) Coating a light reflection layer on the inner side of the metal layer; 8) and opening a radiation window on the top of the metal layer. Compared with the prior art, the invention adopts two PN junctions in parallel connection, the photovoltage phenomenon is more obvious, and the detection sensitivity is high. Meanwhile, the device uses a fluorescent material as a conversion material, the number of detectable photons is increased, the light collection efficiency is improved by using a metal reflecting layer, and the detection sensitivity is further enhanced.)

一种双结型SiC器件及其制备方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种双结型SiC器件及其制备方法。

背景技术

核电厂容易造成局部辐射剂量超标，需要及时进行探测，其对辐射探测器件的响应速度和灵敏度提出了很高的要求。基于半导体器件的射线探测器凭借体积小、功耗低、灵敏度高,可以与电子线路集成在同一芯片上,以及可以在零偏压条件下工作的优势,成为新型探测器的研究热门。目前核探测器件所用的半导体层的材料采用单晶硅、非晶硅、多晶硅,但此类材料禁带宽度窄，原子序数和密度相对较小，使得其对辐射损伤较为敏感，并且需要制冷，在低温下使用，制约了此类探测器在高辐照领域的使用。同时，现有探测器结构一般为单一PN结结构，输出光电压较低，光子接收效率低，因此探测灵敏度低。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提出一种双结型SiC器件及其制备方法，包括

1)N型SiC衬底上通过掺杂形成P型SiC层；

2)P型SiC层上通过掺杂形成N型SiC层；

3)在所述N型SiC衬底底部沉积第一电极，刻蚀所述N型SiC层并沉积第三电极；

4)刻蚀所述N型SiC层和P型SiC层并沉积第二电极；

5)N型SiC层上生长荧光层；

6)金属封装荧光层和部分N型SiC层形成金属层。

7)在所述金属层的内侧涂覆反射层；

8)在所述金属层顶部形成辐射窗口。

进一步地，所述1)中，N型SiC衬底厚度≥100μm，掺杂方式为离子注入或热扩散。

进一步地，所述1)中，掺杂元素为B或Al，掺杂浓度≥5×10¹⁵cm^-3。

进一步地，所述2)中，P型SiC层厚度≥1μm；所述N型SiC层厚度≥1μm；所述掺杂方式为离子注入或热扩散。

进一步地，所述2)中，掺杂元素为P或As，掺杂浓度≥5×10¹⁵cm^-3。

进一步地，所述5)中，荧光层厚度≥50nm；所述荧光层材料为碱土金属硫化物、铝酸盐、恶二唑及其衍生物类、***及其衍生物类、罗丹明及其衍生物类或香豆素类衍生物任一种。

进一步地，所述碱土金属硫化物包括ZnS或CaS；所述铝酸盐包括SrAl₂O₄，CaAl₂O₄或BaAl₂O₄。

进一步地，所述反射层材料为Ag或Au；所述反射层厚度≥1μm。

进一步地，所述8)中形成辐射窗口方式为腐蚀和焊接。

上述方法制备的双结型SiC器件，所述器件包括核辐射探测器。

与现有技术相比，本发明的进步之处在于：

(1)本发明基于宽禁带SiC材料所制备的双结型SiC辐射探测器件，该器件利用两个PN结并联的优势，与传统单一PN结硅器件相比，具有输出光电压高的优势；

(2)SiC材料具有高热导率、响应速度快、耐高温、抗辐射以及化学稳定性好等特点，简化了探测器系统集成度。基于宽禁带SiC材料所制备的双结型探测器具有高探测效率、高灵敏度、高输出电压以及耐高温、抗辐射以及化学稳定性好等优势。同事SiC材料的禁带宽度较大，击穿电场高，载流子饱和迁移率高；

(3)同时，SiC材料上所集成荧光材料作为转换材料，在外界辐照激发下可以产生大量的紫外光，与普通的探测器相比，光量子产率高，可以进一步提高器件的辐射探测灵敏度。同时使用光反射层收集光子，可探测的光子数增加，探测灵敏度增强。

附图说明

图1为本发明实施例1-3提供的双结型SiC器件结构示意图

N型SiC衬底1，P型SiC层2，N型SiC层3，荧光材料层4，金属封装层5，光反射层6，辐射窗口7，第一电极8，第二电极9，第三电极10

具体实施方式

下文结合特定实例说明的实施方式，此处的实施例及各种特征和有关细节将参考附图中图示以及以下描述中详述的非限制性实施例而进行更完整的解释。省略众所周知的部件和处理技术的描述，以免不必要的使此处的实施例难以理解。在制作所述结构时，可以使用半导体工艺中众所周知的传统工艺。此处使用的示例仅仅是为了帮助理解此处的实施例可以被实施的方式，以及进一步使得本领域技术人员能够实施此处的实施例。因而，不应将此处的示例理解为限制此处的实施例的范围。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1本实施例提供一种核电厂核辐射探测用的双结型SiC器件制备方法，包括

1)以厚度为100μm的N型SiC材料作为衬底；

2)在衬底上离子注入进行掺杂，掺杂元素为B，掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3，形成一层P型SiC，厚度为5μm；

3)在P型SiC材料再次通过离子注入进行掺杂，掺杂元素为P，掺杂浓度为1×10²¹cm^-3，形成一层N型SiC材料，厚度为2μm；

4)采用薄膜淀积的方法在N型SiC衬底上淀积Au，通过光刻和刻蚀工艺制作第一电极；采用同样的工艺在P型SiC层上沉积Au，制作第二电极；在N型SiC层上沉积Au形成第三电极；

5)在N型SiC层上生长一层厚度为50nm的ZnS荧光层；

6)在包含荧光层和部分N型SiC层外表面做金属封装结构形成金属层；

7)在金属层的内侧涂上一层可见光反射层，材料为Ag，厚度为10μm；

8)在金属层，通过光刻腐蚀方法上开设窗口，将金属Be焊接于窗口处,厚度为1μm。

该实施例的特点是双PN结空间耗尽区宽，光电压高，ZnS荧光材料容易制备以及Be辐射窗口具有高辐射透明度的优点。

实施例2本实施例提供一种双结型SiC器件制备方法，包括

1)采用厚度为150μm的N型SiC材料作为衬底；

2)在衬底上热扩散掺杂，掺杂元素为Al，掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3，形成一层P型SiC，厚度为1μm；

3)在P型SiC材料再次通过热扩散掺杂，掺杂元素为As，掺杂浓度为1×10²⁵cm^-3，形成一层N型SiC材料，厚度为5μm；

4)采用薄膜淀积的方法在N型SiC衬底上淀积Au，通过光刻和刻蚀工艺制作第一电极；采用同样的工艺在P型SiC层上沉积Au，制作第二电极；在N型SiC层上沉积Au形成第三电极；

5)在N型SiC层上生长一层厚度为70nm的GaS荧光层；

6)在包含荧光层和部分N型SiC层外表面做金属封装结构形成金属层；

7)在金属层的内侧涂上一层可见光反射层，材料为Ag，厚度为5μm；

8)在金属层上通过光刻腐蚀方法上开设窗口，在窗口处淀积金刚石薄膜，厚度为10μm。

该结构的特点是采用高量子效率的GaS荧光材料以及无毒无害的金刚石薄膜材料。

实施例3

1)采用厚度为200μm的N型SiC材料作为衬底；

2)在衬底上离子注入进行掺杂，掺杂元素为B，掺杂浓度为1×10²⁵cm^-3，形成一层P型SiC，厚度为3μm。

3)在P型SiC材料再次通过离子注入进行掺杂，掺杂元素为P，掺杂浓度为5×10¹⁵cm^-3，形成一层N型SiC材料，厚度为1μm。

4)采用薄膜淀积的方法在N型SiC衬底上淀积Au，通过光刻和刻蚀工艺制作第一电极；采用同样的工艺在P型SiC层上沉积Au，制作第二电极；在N型SiC层上沉积Au形成第三电极；

5)在N型SiC层上生长一层厚度为90nm的ZnS荧光层；

6)在包含荧光层和部分N型SiC层外表面做金属封装结构形成金属层；

7)在金属层的内侧涂上一层可见光反射层，材料为Ag，厚度为1μm。

8)在金属层上通过光刻腐蚀方法上开设窗口，在窗口处淀积聚酰亚胺有机薄膜材料，厚度为5μm。

该结构的特点是采用低成本的聚酰亚胺有机薄膜材料。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。