新型太赫茲BIB探測器工藝技術(shù)研究.pdf

1、阻擋雜質(zhì)帶（BIB）探測器能對30~300μm的太赫茲輻射進行探測，與傳統(tǒng)的光電導(dǎo)相比，它具有更高的量子效率、更長的響應(yīng)波長和更優(yōu)的抗輻照性能。為滿足天文觀測對象寬譜、低背景、弱信號的特性，天文用阻擋雜質(zhì)帶探測器的材料和工藝技術(shù)得到不斷地發(fā)展。本課題設(shè)計了兩種結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器芯片，并對其相關(guān)工藝技術(shù)進行了研究和探索。
　　本文首先闡述了阻擋雜質(zhì)帶探測器材料和結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀與研究進展；其次，介紹了阻擋雜質(zhì)帶探測器的相關(guān)工藝技術(shù)，

2、以及器件的物理結(jié)構(gòu)和工作原理；最后，分別就平面型和層疊型GaAs基BIB探測器的設(shè)計方案和制備流程進行了詳細分析，并對層疊型GaAs基BIB探測器進行了測試。
　　平面型阻擋雜質(zhì)帶探測器工藝技術(shù)研究包括：介紹了平面型GaAs基BIB探測器的物理結(jié)構(gòu)，分析了GaAs基BIB探測器的各項參數(shù)設(shè)計，規(guī)劃了平面型GaAs基BIB探測器制備工藝流程，并模擬分析了吸收層和電極層的離子注入方案。模擬離子注入的結(jié)果表明，先后共四次以不同能量、不同

3、劑量注入Si離子，可實現(xiàn)吸收層和電極層摻雜雜質(zhì)的均勻分布，最終注入深度達到1μm，摻雜濃度分別為5×1015 cm-3、4×1019 cm-3。
　　層疊型阻擋雜質(zhì)帶探測器工藝技術(shù)研究包括：調(diào)研了目前 GaAs外延片的生長工藝技術(shù)水平，并確定了金屬有機化合物化學氣相沉積（MOCVD）法生長GaAs外延片，設(shè)計了層疊型GaAs基BIB探測器的物理結(jié)構(gòu)，介紹了具體制備工藝流程，并就其中的關(guān)鍵工藝進行了研究與改進。具體分析了歐姆電極的制

4、備方法，最終，電極材料采取了Au-Ge-Ni合金方案，后續(xù)退火采取了拋光面向下的快速熱退火方式。對GaAs基BIB探測器和Si基BIB探測器的退火工藝進行了對比分析。對 GaAs刻蝕工藝進行了嘗試與改進，最終采取等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）法制備 SiO2作為刻蝕工藝的掩膜。最后，對制成的 BIB探測器進行了測試，測試結(jié)果表明GaAs:Si BIB探測器在60~200μm（5~1.5 THz）內(nèi)有響應(yīng)，響應(yīng)全落在太赫茲波段范圍