新型太赫茲BIB探測(cè)器工藝技術(shù)研究.pdf

1、阻擋雜質(zhì)帶（BIB）探測(cè)器能對(duì)30~300μm的太赫茲輻射進(jìn)行探測(cè)，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(cè)對(duì)象寬譜、低背景、弱信號(hào)的特性，天文用阻擋雜質(zhì)帶探測(cè)器的材料和工藝技術(shù)得到不斷地發(fā)展。本課題設(shè)計(jì)了兩種結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測(cè)器芯片，并對(duì)其相關(guān)工藝技術(shù)進(jìn)行了研究和探索。
　　本文首先闡述了阻擋雜質(zhì)帶探測(cè)器材料和結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀與研究進(jìn)展；其次，介紹了阻擋雜質(zhì)帶探測(cè)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(cè)器的設(shè)計(jì)方案和制備流程進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)層疊型GaAs基BIB探測(cè)器進(jìn)行了測(cè)試。
　　平面型阻擋雜質(zhì)帶探測(cè)器工藝技術(shù)研究包括：介紹了平面型GaAs基BIB探測(cè)器的物理結(jié)構(gòu)，分析了GaAs基BIB探測(cè)器的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)計(jì)，規(guī)劃了平面型GaAs基BIB探測(cè)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(shí)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(dá)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(cè)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(jī)化合物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）法生長GaAs外延片，設(shè)計(jì)了層疊型GaAs基BIB探測(cè)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(jìn)行了研究與改進(jìn)。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(duì)GaAs基BIB探測(cè)器和Si基BIB探測(cè)器的退火工藝進(jìn)行了對(duì)比分析。對(duì) GaAs刻蝕工藝進(jìn)行了嘗試與改進(jìn)，最終采取等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）法制備 SiO2作為刻蝕工藝的掩膜。最后，對(duì)制成的 BIB探測(cè)器進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明GaAs:Si BIB探測(cè)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