專利名稱：一種紅外探測器用的硅鍺/硅異質(zhì)結(jié)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬紅外探測器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制作紅外探測器的硅鍺/硅異質(zhì)結(jié)材料。
SiGe/Si(硅鍺/硅)異質(zhì)結(jié)內(nèi)光電發(fā)射紅外探測器(以下簡稱SiGe/Si探測器)是九十年代發(fā)展起來的一種硅基探測器。由于硅的禁帶寬度為1.1ev，鍺的禁帶寬度為0.67ev，因而這二種材料都無法用來研制工作波長大于1.5μm的探測器。SiGe/Si探測器是利用SiGe合金與Si材料之間的能帶偏移而工作的。在紅外輻照下，SiGe中的空穴躍遷過SiGe與Si之間的價帶的勢壘，形成光電流。這種探測器是一種光伏型的探測器。SiGe/Si探測器自問世以來，人們的工作一直集中于研制波長大于8μm的紅外探測器。這種探測器固然有其在應(yīng)用上的重要性，但是工作于該波段的SiGe/Si探測器有一個十分嚴重的缺點，就是工作溫度太低，它只能在低于50K的溫度下才可工作，因而必須配備特制的制冷機，無法用液態(tài)氮作致冷劑工作。這給應(yīng)用帶來很多的麻煩和困難，也帶來了很多的限制。3-5μm波段是另一個重要的大氣紅外窗口。人們希望獲得一種能夠工作于3-5μm波段，且能在較高溫度下工作的SiGe/Si紅外探測器的異質(zhì)結(jié)材料。
本發(fā)明的目的在于提出一種能夠工作于3-5μm波段，而且能在較高溫度下工作的SiGe/Si紅外探測器的異質(zhì)結(jié)材料。
本發(fā)明提出的SiGe/Si紅外探測器的異質(zhì)結(jié)材料，其中Si1-xGex合金的組份如為0.45≤x≤0.55，較佳的為0.47≤x≤0.50，其厚度為100-120埃。P型摻雜濃度為1020/cm3數(shù)量級，摻雜源為B2O3。
由上述SiGe/Si異質(zhì)結(jié)材料作為紅外窗口制得的紅外探測器，其工作波段為3-5μm，工作溫度大于80K，最高可達105K。從而使SiGe/Si紅外探測器的應(yīng)用范圍更為廣闊。例如，在室溫環(huán)境中可用液態(tài)氮作致冷劑進行工作，在太空環(huán)境中(環(huán)境溫度105K)可不需任何致冷劑而工作；探測器還具有高的黑體響應(yīng)率和黑體探測率；可用直徑為75cm或更大尺寸的硅片研制，成品率高；均勻性好，適宜于制作大規(guī)模的紅外探測器焦平面陣列。
上述SiGe/Si異質(zhì)結(jié)材料可采用分子束外延技術(shù)制備，具體步驟如下1、對硅襯底進行化學(xué)處理(1)在H2SO4和H2O2的混合液中高溫處理。H2SO4和H2O2的比例一般為H2SO4∶H2O2=2∶1～4∶1，在混合液中煮沸，時間一般為2-5分鐘即可。倒去溶液，用去離子水沖洗，然后超聲清洗。
(2)在NH4OH、H2O2和H2O混合溶液中高溫處理。該混合溶液的比例一般可為以NH4OH為1個單位體積，H2O2為1.5-2.5個單位體積，H2O為4.5-5.5個單位體積。在混合溶液中煮沸，時間一般為2-5分鐘。倒去溶液，用去離子水沖洗。
(3)在HCl、H2O2和H2O的混合溶液中高溫處理。該混合溶液的比例一般可為以HCl為一個單位體積，H2O2為1.5-2.5個單位體積，H2O為7-9個單位體積。在混合溶液中煮沸，時間一般為2-5分鐘。倒去溶液，用去離子水沖洗。
(4)在濃硝酸中高溫處理。一般煮沸2-4分鐘，用去離子水沖洗。然后用HF的水溶液漂洗，再用去離子水沖洗。HF水溶液的濃度為8-12％。
(5)再在HCl、H2O2和H2O的混合溶液中高溫處理。溫合溶液的比例為以HCl為一個單位體積，H2O2為0.3-0.4個單位體積，H2O為0.3-0.4個單位體積。在混合液中煮沸，時間一般為2-5分鐘。用去離子水和超聲清洗，再用甩片機將硅片甩干，然將硅片裝入分子束外延用的鉬塊(樣品架)。
2、SiGe/Si異質(zhì)結(jié)材料的分子束外延生長(1)對Ge源、Si源和P型摻雜源B2O3作除氣預(yù)處理。
(2)在分子束外延系統(tǒng)的預(yù)處理室中，將硅片在280-350℃范圍內(nèi)加熱，時間一般可為3-5分鐘。
(3)將硅片在生長室中加熱至900-950℃，直到能看到表面的RHEED2×1圖樣。
(4)將硅片溫度降至520-550℃。
(5)打開Si源、Ge源和B2O3的快門，進行處延生長。
(6)控制生長條件如下Si和Ge的淀積速率控制在每秒0.1-0.6埃；Ge在SiGe中的組份比例為45-55％；P型摻雜的濃度為1020/cm3數(shù)量級；SiGe的厚度為100-120埃。
按上述方法制得的SiGe材料能夠滿足前述要求。
實施例，制作SiGe異質(zhì)結(jié)材料Si1-xGx，這里取x=0.48。其制作步驟如下1、對硅襯底化學(xué)處理(1)在H2SO4∶H2O2=3∶1(為體積比，下同)煮沸3分鐘，倒去溶液，用去離子水沖洗，然后超聲清洗。
(2)在NH4OH∶H2O2∶H2O=1∶2∶5溶液中煮沸。倒去溶液，用去離子水沖洗。
(3)在HCl∶H2O2∶H2O=1∶2∶8溶液中煮沸。倒去溶液，用去離子水沖洗?？梢灾貜?fù)(2)、(3)各一次。
(4)在濃硝酸中煮3分鐘，用去離子水沖洗。然后用HF∶H2O=1∶10的溶液漂洗15秒，再用去離子水沖洗。重復(fù)此步驟2-3次。
(5)在HCl∶H2O2∶H2O=3∶1∶1溶液中煮沸3分鐘。用去離子水和超聲清洗2-3次。用甩片機將硅片甩干。將硅片裝入分子束外延用的專用鉬塊(樣品架)。
2、SiGe/Si異質(zhì)結(jié)材料的分子束外延生長(1)Ge源、Si源和p型摻雜源B2O3作預(yù)處理，徹底除氣。
(2)在分子束外延系統(tǒng)的預(yù)處理室中，將硅片在300℃加熱4分鐘。
(3)將硅片在生長室中加熱至900-950℃，直到能看到表面的RHEED2×1圖樣。
(4)將硅片溫度降低至520-550℃。
(5)打開Si源，Ge源和B2O3的快門，進行外延生長。
(6)嚴格控制生長條件，使Si與Ge的淀積速率控制在每秒0.5埃左右。Ge在SiGe中的組分為48％,p型摻雜的濃度為1020/cm3數(shù)量級，SiGe的厚度為100-120埃。
由上述步驟制得的SiGe材料，具有優(yōu)良的性能，其工作波段可在3-5μm，最高工作溫度105K。
權(quán)利要求
1.一種SiGe/Si紅外探測器的異質(zhì)結(jié)材料，其中SiGe合金的組份如下Si1-xGex0.45≤x≤0.55,其厚度為100-120埃，p型摻雜源為B2O3,p型摻雜濃度為1020/cm3數(shù)量級。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiGe/Si紅外探測器的異質(zhì)結(jié)材料，其特征在于所述的x為0.47≤x≤0.50。
3.一種SiGe/Si紅外探測器的異質(zhì)結(jié)材料的制備方法，其步驟如下(一)對硅襯底進行化學(xué)處理(1)在H2SO4和H2O2的混合液中高溫處理，H2SO4和H2O2的比例為H2SO4∶H2O2=2∶1-4∶1，在混合液中煮沸2-5分鐘，倒去溶液，用去離子水沖洗，然后超聲清洗；(2)在NH4OH、H2O2和H2O混合溶液中高溫處理，該混合溶液的比例為以NH4OH為1個單位體積，H2O2為1.5-2.5個單位體積，H2O為4.5-5.5個單位體積，在混合溶液中煮沸2-5分鐘，倒去溶液，用去離子水沖洗；(3)在HCl、H2O2和H2O混合溶液中高溫處理，該混合溶液的比例為以HCl為一個單位體積，H2O2為1.5-2.5個單位體積，H2O為7-9個單位體積，在混合溶液中煮沸2-5分鐘，倒去溶液，用去離子水沖洗；(4)在濃硝酸中煮沸2-4分鐘，用去離子水沖洗，然后用濃度為8-12％HF的水溶液漂洗，再用去離子水沖洗；(5)再在HCl、H2O2和H2O混合溶液中高溫處理，溫合溶液的比例為以HCl為一個單位體積，H2O2為0.3-0.4個單位體積，H2O為0.3-0.4個單位體積，在混合液中煮沸2-5分鐘，用去離子水和超聲清洗，再用甩片機將硅片甩干，然將硅片裝入分子束外延用的鉬塊；(二)分子束外延生長(1)對Ge源、Si源和P型摻雜源B2O3作除氣預(yù)處理；(2)在分子束外延系統(tǒng)的預(yù)處理室中，將硅片在280-350℃范圍內(nèi)加熱3-5分鐘；(3)將硅片在生長室中加熱至900-950℃，直到能看到表面的RHEED2×1圖樣；(4)將硅片溫度降至520-550℃；(5)打開Si源、Ge源和B2O3的快門，進行處延生長；(6)控制生長條件如下Si和Ge的淀積速率控制在每秒0.1-0.6埃；Ge在SiGe中的組份比例為45-55％；B2O3的P型摻雜的濃度為1020/cm3數(shù)量級；SiGe的厚度為100-120埃。
全文摘要
本發(fā)明屬于紅外探測器技術(shù)領(lǐng)域,具體為一種紅外探測器的SiGe/Si異質(zhì)結(jié)材料,其中SiGe的組份為:Si
文檔編號H01L31/0264GK1324115SQ0111320
公開日2001年11月28日 申請日期2001年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者張翔九, 胡際璜 申請人:復(fù)旦大學(xué)