CN106910795A - 基于铟锡氧化物透明电极的异面型光导开关及其制作方法 - Google Patents
基于铟锡氧化物透明电极的异面型光导开关及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106910795A CN106910795A CN201710154172.8A CN201710154172A CN106910795A CN 106910795 A CN106910795 A CN 106910795A CN 201710154172 A CN201710154172 A CN 201710154172A CN 106910795 A CN106910795 A CN 106910795A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- ohm contact
- substrate
- contact electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 41
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 35
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 24
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 24
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 23
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 19
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 15
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 15
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 10
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 10
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 9
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 9
- -1 phosphonium ion Chemical class 0.000 claims description 9
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 8
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 8
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 8
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 5
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 4
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 2
- QRSFFHRCBYCWBS-UHFFFAOYSA-N [O].[O] Chemical compound [O].[O] QRSFFHRCBYCWBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 claims 1
- MANBDHUBXBMZNV-UHFFFAOYSA-N [V]=[Si] Chemical compound [V]=[Si] MANBDHUBXBMZNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 36
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于铟锡氧化物透明电极的异面型光导开关。其包括钒补偿的碳化硅半绝缘衬底(1)、上欧姆接触电极(2)、下欧姆接触电极(3)、上薄膜电极(4)和下薄膜电极(5)，该上欧姆接触电极(2)及下欧姆接触电极(3)分别淀积在掺钒碳化硅衬底(1)的正面和背面，该上薄膜电极(4)淀积在掺钒碳化硅衬底(1)正面及上欧姆接触电极(2)的表面，该下薄膜电极(5)淀积在掺钒碳化硅衬底(1)背面及下欧姆接触电极(3)的表面；所述上薄膜电极和下薄膜电极均采用透明铟锡氧化物材料，使得光导开关可在电极面光照下导通，增加器件的受光面积，本发明提高了导电通道的光子浓度和激光能量利用率，可用于高速脉冲系统。
Description
技术领域
本发明属于微电子领域，特别涉及一种透明电极异面型光导开关，可用于高速大功率脉冲系统中的开关。
技术背景
1974年由贝尔实验室的D.H.Auston制备了世界上第一只硅基的光导开关，但是由于硅材料的局限性，并不能得到高性能的开关；1976年有马里兰大学的H.L.Chi制备了第一个GaAs光导开关，其性能远优于硅基的光导开关，因此在后来数十年内，砷化镓的光导开关得到了较为成熟的研究。但由于砷化镓光导开关独特的Lock-on效应，限制了其在更广范围内的应用。随着第三代半导体碳化硅材料的成熟，由于它的宽带隙、高临界电场、高电子饱和速度和高热导率等特点使得它在高压光导开关方面具有巨大的研究潜力。
文献“Applied Physics Letters 104.172106(2014)《High power operation ofa nitrogen doped,vanadium compensated,6H-SiC extrinsic photoconductiveswitch》”报道了一种垂直型结构的光导开关器件，该器件采用532nm激光触发，激光从两个侧面进行照射。由于其采用垂直型结构，所以器件的临界击穿场强较大，并且取得了最小导通电阻为1Ω的测试结果。但是又由于该器件采用的是金属电极，因此在实际应用中主要会存在以下问题：
一方面，532nm激光需要从两个侧面照射，器件侧面的激光入射面积极为有限，这种情况下，器件的使用就需要精密的光纤系统为开关搭建光路，增加了器件使用的难度。
另一方面，532nm激光从侧面照射，到达电极下方时，激光的能量已经大幅衰减，器件要到达饱和状态就需要提高入射激光的能量密度，即从原理上不能实现低能量密度触发。
发明内容
本发明的目的在于避免上述已有技术存在的不足，提出一种基于铟锡氧化物透明电极的异面型光导开关及其制作方法，以改变光照入射方式，增加器件的受光面积，提高导电通道的光子浓度，实现低能量密度触发。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
1.一种基于铟锡氧化物透明电极的异面型光导开关，包括钒补偿的碳化硅半绝缘衬底、上欧姆接触电极、下欧姆接触电极、上薄膜电极和下薄膜电极，上薄膜电极淀积在钒补偿的碳化硅衬底的正面并部分覆盖上欧姆接触电极的表面，下薄膜电极淀积在钒补偿的碳化硅半绝缘衬底的背面并部分覆盖下欧姆接触电极的表面，其特征在于：
上薄膜电极和下薄膜电极均采用透明铟锡氧化物材料，以使器件可以在电极面光照下导通，增加器件的受光面积。
2.一种制作基于铟锡氧化物透明电极的异面型光导开关的方法，包括如下步骤：
(1)清洗衬底：将电阻率>109Ω·cm的钒补偿的碳化硅半绝缘衬底样片进行标准清洗；
(2)淀积阻挡层：采用PECVD的方法在钒补偿的碳化硅衬底样片的正面和背面分别淀积厚度为1～5μm的二氧化硅，作为衬底正面和背面离子注入的阻挡层；
(3)光刻：分别在衬底正面和背面的阻挡层上涂胶，用光刻板在涂胶、曝光、显影得到离子注入的窗口图形，并用浓度为5％～20％的HF溶液蚀掉窗口位置下的阻挡层，并去胶清洗；
(4)淀积牺牲层：采用PECVD的方法在阻挡层开窗后的样片正面和背面分别淀积厚度为20～100nm的二氧化硅作为离子注入的牺牲层；
(5)离子注入：在淀积牺牲层后的样片正面和背面分别进行多次磷离子注入，使钒补偿的碳化硅衬底正面和背面的表面杂质浓度均达到1×1020cm-3～1×1021cm-3。
(6)去除阻挡层：离子注入完成后腐蚀掉样片正面和背面剩余的阻挡层，清洗掉样品表面的残留物；
(7)退火：在清洗残留物后的样片正面和背面涂负胶，将该样片置于300～400℃温度环境中加热90分钟进行碳膜溅射；再在1500～1900℃温度范围内，在氩气氛围中退火5～15分钟，以在样片表面形成厚度>100nm的良好欧姆接触；然后在900～1100℃温度范围内干氧氧化15分钟，以去除样片正面和背面的碳膜；
(8)淀积金属电极：
8a)在去除碳膜的样片正面和背面旋涂光刻胶，利用金属层的掩膜版光刻出金属图形；通过磁控溅射法在样片的正面和背面的对应金属电极位置淀积厚度为50～150nm的金属Ni，并通过超声波剥离掉光刻胶，再在Ar气环境中升温至900～1300℃，退火1min～5min，降到室温后取出；
8b)在冷却至室温的样片正面和背面涂胶，使用金属层掩膜版光刻出金属图形，通过磁控溅射法分别在正面和背面的Ni膜上淀积厚度为50～100nm的金属Ti和0.5～1.5μm的Au；通过超声波剥离形成金属电极，在样片的正面和背面分别形成横向宽度L、纵向宽度W均为7～10mm，厚度h均为0.5～2.5μm的上欧姆接触电极和下欧姆接触电极，再在Ar气环境中升温至450～600℃范围，保持5分钟后冷却至室温；
(9)淀积透明铟锡氧化物电极：通过PVD法，先将腔体的背底真空抽至1×10-4Pa～5×10-4Pa，再将衬底样品所在的台加热至400～500℃，温度稳定后向腔体内通氩气，开启射频电源进行溅射。在样片正面和背面分别淀积厚度为0.5～3μm的铟锡氧化物透明薄膜，并分别在正面和背面的铟锡氧化物透明薄膜上涂胶，使用金属层掩膜版光刻出所需窗口图形，再采用5％～15％的稀盐酸溶液进行湿法刻蚀得到透明电极的图形，清洗光刻胶，完成整个器件的制作。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.本发明由于采用透明的铟锡氧化物薄膜电极，使得垂直型光导开关可以在电极面光照下导通，增加了光照的面积，使激光到达器件导电通道时的衰减大幅降低，且减小了配套光路的设计难度；同时由于激光可以直接到达导电通道，可使电极下方的区域导通，提高了激光的利用效率；此外由于上下表面均为透明电极，可使激光从上下电极面同时照射，进一步增加导电通道的激光浓度，可实现更低的导通电阻和低能量密度触发，使得器件在实际的应用中的设计更加灵活方便。
2.本发明的器件由于采用具有临界击穿场强高的异面结构，故可以通过控制衬底的厚度，得到不同耐压范围的器件。
附图说明
图1是本发明的剖面结构示意图；
图2是图1的俯视示意图；
图3是本发明制作图1器件的流程示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明的光导开关，其主要由矩形钒补偿的碳化硅半绝缘衬底1、上欧姆接触电极2、下欧姆接触电极3、上薄膜电极4和下薄膜电极5组成。钒补偿的碳化硅半绝缘衬底1是在碳化硅材料生长过程中掺入钒杂质形成的，掺入的钒原子在碳化硅衬底1中既可作为施主原子也可以作为受主原子。上欧姆接触电极2和下欧姆接触电极3分别淀积在钒补偿的碳化硅半绝缘衬底1的正面和背面，上薄膜电极4淀积在钒补偿的碳化硅半绝缘衬底1的正面并部分覆盖欧姆接触电极2的表面，下薄膜电极5淀积在钒补偿的碳化硅半绝缘衬底1的背面并部分覆盖欧姆接触电极3的表面，上薄膜电极4及下薄膜电极5均采用透明铟锡氧化物材料。
参照图2，上欧姆接触电极2和下欧姆接触电极3的横向宽度L、纵向宽度W均为7～10mm，厚度h均为0.5～2μm；上薄膜电极4和下薄膜电极5的底面直径d均为6～9mm，厚度n均为0.5～3μm。
当入射光垂直于上欧姆接触电极2和下欧姆接触电极3照射到碳化硅透明电极异面型光导开关上时，在钒补偿的碳化硅衬底1内会产生大量的光生载流子，钒补偿的碳化硅半绝缘衬底正面的上欧姆接触电极2和背面的下欧姆接触电极3会将产生的光生载流子大量的收集起来，在上欧姆接触电极2与下欧姆接触电极3之间形成电流，使开关在几十个ps时间内导通。
参照图3，本发明的制作方法给出如下三种实例：
实施例1，制作上薄膜电极和下薄膜电极底面直径d均为6mm，厚度均为0.5μm，上欧姆接触电极和下欧姆接触电极厚度均为0.63μm，横向宽度、纵向宽度均为7mm的透明电极异面型光导开关。
步骤1：对钒补偿的4H-SiC半绝缘衬底样片正面和背面分别淀积阻挡层。
采用PECVD的方法在长方体碳化硅衬底样片的正面和背面分别淀积厚度为1μm的二氧化硅，作为衬底正面和背面离子注入的阻挡层；如图3a。
步骤2：对样片正面和背面分别进行离子注入。
(2a)分别在样片正面和背面的阻挡层上涂胶，用光刻板在涂胶后的阻挡层上曝光显影露出图形窗口，并用浓度为5％的HF酸腐蚀掉窗口位置下的阻挡层，并去胶清洗；
(2b)采用PECVD的方法在阻挡层开窗后的样片正面和背面分别淀积厚度为20nm的二氧化硅作为离子注入的牺牲层；
(2c)将淀积牺牲层后的样片正面置于500℃温度环境下进行三次磷离子注入，第一次注入能量为190KeV，对应的注入剂量为9.5×1014cm-2，第二次注入能量为135KeV，对应的注入剂量为5.8×1014cm-2，第三次注入能量为80KeV，对应的注入剂量为3.0×1014cm-2，以实现钒补偿的碳化硅衬底正面表面的掺杂浓度为1×1021cm-3；
(2d)将已淀积牺牲层后的样片背面置于500℃温度环境下进行三次磷离子注入，第一次注入能量为190KeV，对应的注入剂量为9.5×1014cm-2，第二次注入能量为135KeV，对应的注入剂量为5.8×1014cm-2，第三次注入能量为80KeV，对应的注入剂量为3.0×1014cm-2，以实现钒补偿的碳化硅衬底正面表面的掺杂浓度为1×1021cm-3，如图3b；
(2e)去除完成离子注入后样片正面和背面剩余的阻挡层，并进行清洗；
(2f)在1600℃退火10分钟，以在样片正面和背面分别形成150nm的良好欧姆接触，退火后再在900℃干氧氧化15分钟，去除样片正面和背面的碳膜；
步骤3：在样片溅射金属Ni膜。
(3a)在样片的正面和背面旋涂光刻胶，利用金属层的掩膜版光刻出金属图形；通过磁控溅射法在样片的正面和背面的对应金属电极位置淀积厚度为80nm的金属Ni，通过超声波剥离清洗掉光刻胶，如图3c；
(3b)在高纯Ar气环境中升温至900℃，保持10分钟冷却至室温。
步骤4：在Ni膜上溅射Ti金属合金。
在样片的正面和背面旋涂光刻胶，利用金属层的掩膜版光刻出金属图形；通过磁控溅射法分别在正面和背面的Ni膜上淀积厚度为50nm的Ti金属合金，如图3d；
步骤5：在Ti膜上溅射Au。
(5a)在样片的正面和背面旋涂光刻胶，利用金属层的掩膜版光刻出金属图形；通过磁控溅射法分别在正面和背面的Ti膜上淀积厚度为0.5μm的Au，通过超声波剥离在Ni/Ti/Au金属合金上分别形成上欧姆接触电极和下欧姆接触电极，其中上欧姆接触电极的厚度为0.63μm，横向宽度和纵向宽度均为7mm；下欧姆接触电极的厚度为0.63μm，横向宽度和纵向宽度均为7mm，如图3e；
(5b)在Ar气环境中升温至450℃，保持5分钟冷却至室温。
步骤6：淀积透明铟锡氧化物电极。
通过PVD法，先将腔体的背底真空抽至1×10-4Pa，再将衬底所在的样品台加热至500℃，温度稳定后向腔体内通氩气，再开启射频电源在正面和背面分别淀积厚度为0.5μm，底面直径为6mm的铟锡氧化物透明薄膜，并分别在正面和背面的铟锡氧化物透明薄膜上涂胶，使用金属层掩膜版光刻出所需窗口图形，再采用15％的稀盐酸进行湿法刻蚀得到透明电极的图形，如图3f，清洗光刻胶，完成整个器件的制作。
实施例2，制作上薄膜电极和下薄膜电极底面直径d均为7mm，厚度均为1.5μm，上欧姆接触电极和下欧姆接触电极厚度均为1.165μm，横向宽度、纵向宽度均为9mm的透明电极异面型光导开关。
步骤一：对钒补偿的碳化硅半绝缘衬底样片正面和背面分别淀积阻挡层。
采用PECVD的方法在长方体碳化硅衬底样片的正面和背面分别淀积厚度为2.5μm的二氧化硅，作为衬底正面和背面离子注入的阻挡层；如图3a。
步骤二：对样片正面和背面分别进行离子注入。
2.1)分别在样片正面和背面的阻挡层上涂胶，用光刻板在涂胶后的阻挡层上刻蚀出离子注入窗口，并用浓度为5％的HF酸腐蚀掉窗口位置下的阻挡层，并去胶清洗；
2.1)采用PECVD的方法在阻挡层开窗后的样片正面和背面分别淀积厚度为50nm的二氧化硅作为离子注入的牺牲层；
2.2)将淀积牺牲层后的样片正面置于500℃温度环境下进行三次磷离子注入，第一次注入能量为190KeV，对应的注入剂量为9.5×1014cm-2，第二次注入能量为135KeV，对应的注入剂量为5.8×1014cm-2，第三次注入能量为80KeV，对应的注入剂量为3.0×1014cm-2，以实现钒补偿的碳化硅衬底正面表面的掺杂浓度为4×1020cm-3；
2.4)将已淀积牺牲层后的样片背面置于500℃温度环境下进行三次磷离子注入，第一次注入能量为190KeV，对应的注入剂量为9.5×1014cm-2，第二次注入能量为135KeV，对应的注入剂量为5.8×1014cm-2，第三次注入能量为80KeV，对应的注入剂量为3.0×1014cm-2，以实现钒补偿的碳化硅衬底正面表面的掺杂浓度为4×1020cm-3，如图3b；
2.5)去除完成离子注入后样片正面和背面剩余的阻挡层，并进行清洗；
2.6)在1700℃退火10分钟，以在样片正面和背面分别形成150nm的良好欧姆接触，退火后再在1000℃干氧氧化15分钟，去除样片正面和背面的碳膜；
步骤三：在样片溅射金属Ni膜。
3.1)在样片的正面和背面旋涂光刻胶，利用金属层的掩膜版光刻出金属图形；通过磁控溅射法在样片的正面和背面的对应位置淀积厚度为90nm的金属Ni，通过超声波剥离清洗掉光刻胶，如图3c；
3.2)在高纯Ar气环境中升温至1000℃，保持10分钟冷却至室温。
步骤四：在Ni膜上溅射Ti金属合金。
在样片的正面和背面旋涂光刻胶，利用金属层的掩膜版光刻出金属图形；通过磁控溅射法分别在正面和背面的Ni膜上淀积厚度为75nm的Ti金属合金，如图3d；
步骤五：在Ti膜上溅射Au。
5.1)在样片的正面和背面旋涂光刻胶，利用金属层的掩膜版光刻出金属图形；通过磁控溅射法分别在正面和背面的Ti膜上淀积厚度为1μm的Au，通过超声波剥离在Ni/Ti/Au金属合金上分别形成上欧姆接触电极和下欧姆接触电极，其中上欧姆接触电极的厚度为1.165μm，横向宽度和纵向宽度均为9mm；下欧姆接触电极的厚度为1.165μm，横向宽度和纵向宽度均为9mm，如图3e；
5.2)在Ar气环境中升温至500℃，保持5分钟冷却至室温。
步骤六：淀积透明铟锡氧化物电极。
通过PVD法，先将腔体的背底真空抽至3×10-4Pa，再将衬底所在的样品台加热至450℃，温度稳定后向腔体内通氩气，再开启射频电源在正面和背面分别淀积厚度为1.5μm，底面直径为7mm的铟锡氧化物透明薄膜，分别在正面和背面涂胶，使用金属层掩膜版光刻出所需窗口图形，再采用10％稀盐酸进行湿法刻蚀，得到所需的透明电极图案，如图3f，清洗光刻胶，完成整个器件的制作。
实施例3，制作上薄膜电极和下薄膜电极底面直径d均为9mm，厚度均为3μm，上欧姆接触电极和下欧姆接触电极厚度均为2.5μm，横向宽度和纵向宽度均为10mm的透明电极异面型光导开关。
步骤A：对钒补偿的碳化硅半绝缘衬底片正面和背面分别淀积。
采用PECVD的方法在长方体碳化硅衬底样片的正面和背面分别淀积厚度为5μm的二氧化硅，作为衬底正面和背面离子注入的阻挡层；如图3a
步骤B：对样片正面和背面分别进行离子注入。
(B1)分别在样片正面和背面的阻挡层上涂胶，用光刻板在涂胶后的阻挡层上刻蚀出离子注入窗口，并用浓度为5％的HF酸腐蚀掉窗口位置下的阻挡层，并去胶清洗；
(B2)采用PECVD的方法在阻挡层开窗后的样片正面和背面分别淀积厚度为100nm的二氧化硅作为离子注入的牺牲层；
(B3)将淀积牺牲层后的样片正面置于500℃温度环境下进行三次磷离子注入，第一次注入能量为190KeV，对应的注入剂量为9.5×1014cm-2；第二次注入能量为135KeV，对应的注入剂量为5.8×1014cm-2；第三次注入能量为80KeV，对应的注入剂量为3.0×1014cm-2，以实现钒补偿的碳化硅衬底正面表面的掺杂浓度为1×1020cm-3；
(B4)将已淀积牺牲层后的样片背面置于500℃温度环境下进行三次磷离子注入，第一次注入能量为190KeV，对应的注入剂量为9.5×1014cm-2；第二次注入能量为135KeV，对应的注入剂量为5.8×1014cm-2；第三次注入能量为80KeV，对应的注入剂量为3.0×1014cm-2，以实现钒补偿的碳化硅衬底正面表面的掺杂浓度为1×1020cm-3，如图3b；
(B5)去除完成离子注入后样片正面和背面剩余的阻挡层，并进行清洗；
(B6)在1550℃退火10分钟，以在样片正面和背面分别形成150nm的良好欧姆接触，退火后再在1100℃干氧氧化15分钟，去除样片正面和背面的碳膜；
步骤C：在样片溅射金属Ni膜。
(C1)在样片的正面和背面旋涂光刻胶，利用金属层的掩膜版光刻出金属图形；通过磁控溅射法在样片的正面和背面的对应位置淀积厚度为100nm的金属Ni，通过超声波剥离清洗掉光刻胶，如图3c；
(C2)在高纯Ar气环境中升温至1100℃，保持10分钟冷却至室温。
步骤D：在Ni膜上溅射Ti金属合金。
在样片的正面和背面旋涂光刻胶，利用金属层的掩膜版光刻出金属图形；通过磁控溅射法分别在正面和背面的Ni膜上淀积厚度为100nm的Ti金属合金，如图3d；
步骤E：在Ti膜上溅射Au。
(E1)在样片的正面和背面旋涂光刻胶，利用金属层的掩膜版光刻出金属图形；通过磁控溅射法分别在正面和背面的Ti膜上淀积厚度为2.3μm的Au，通过超声波剥离在Ni/Ti/Au金属合金上分别形成上欧姆接触电极和下欧姆接触电极，其中上欧姆接触电极的厚度为2.5μm，横向宽度和纵向宽度均为10mm；下欧姆接触电极的厚度为2.5μm，横向宽度和纵向宽度均为10mm，如图3e；
(E2)在Ar气环境中升温至600℃，保持5分钟冷却至室温。
步骤F：淀积透明铟锡氧化物电极。
通过PVD法，先将腔体的背底真空抽至5×10-4Pa，再将衬底所在的样品台加热至400℃，温度稳定后向腔体内通氩气，开启射频电源进行溅射，即在正面和背面分别淀积厚度为3μm，底面直径为9mm的铟锡氧化物透明薄膜；再分别在正面和背面涂胶，使用金属层掩膜版光刻出所需窗口图形，采用5％稀盐酸进行湿法刻蚀，得到所需的透明电极的图案，如图3f，最后清洗光刻胶，完成整个器件的制作。
Claims (7)
1.一种基于铟锡氧化物透明电极的异面型光导开关，包括钒补偿的碳化硅半绝缘衬底(1)、上欧姆接触电极(2)、下欧姆接触电极(3)、上薄膜电极(4)和下薄膜电极(5)，上欧姆接触电极(2)和下欧姆接触电极(3)分别淀积在钒补偿的碳化硅半绝缘衬底(1)的正面和背面，上薄膜电极(4)淀积在钒补偿的碳化硅半绝缘衬底(1)的正面及上欧姆接触电极(2)的表面，下薄膜电极(5)淀积在钒补偿的碳化硅半绝缘衬底(1)的背面及下欧姆接触电极(3)的表面，其特征在于：
上薄膜电极(4)和下薄膜电极(5)均采用透明铟锡氧化物材料，以使器件可以在电极面光照下导通，增加器件的受光面积。
2.根据权利要求1所述的光导开关，其特征在于钒补偿的碳化硅半绝缘衬底(1)形状为矩形。
3.根据权利要求1所述的光导开关，其特征在于上欧姆接触电极(2)和下欧姆接触电极(3)的横向宽度L、纵向宽度W均为7～10mm，厚度h均为0.5～2.5μm。
4.根据权利要求1所述的光导开关，其特征在于上薄膜电极(4)和下薄膜电极(5)的底面直径d均为6～9mm，厚度n均为0.5～3μm。
5.一种制作基于铟锡氧化物透明电极的异面型光导开关的方法，包括如下步骤：
(1)清洗衬底：将电阻率>109Ω·cm的钒补偿的碳化硅半绝缘衬底样片进行标准清洗；
(2)淀积阻挡层：采用PECVD的方法在钒补偿的碳化硅半绝缘衬底样片的正面和背面分别淀积厚度为1～5μm的二氧化硅，作为衬底正面和背面离子注入的阻挡层；
(3)光刻：分别在衬底正面和背面的阻挡层上涂胶，用光刻板在涂胶后的阻挡层上刻蚀出离子注入窗口，并用浓度为5％的HF酸腐蚀掉窗口位置下的阻挡层，并去胶清洗；
(4)淀积牺牲层：采用PECVD的方法在阻挡层开窗后的样片正面和背面分别淀积厚度为20～100nm的二氧化硅作为离子注入的牺牲层；
(5)离子注入：在淀积牺牲层后的样片正面和背面分别进行多次磷离子注入，使钒补偿的碳化硅半绝缘衬底正面和背面表面的杂质浓度均为1×1020cm-3～1×1021cm-3；
(6)去除阻挡层：离子注入完成后腐蚀掉样片正面和背面剩余的阻挡层，清洗掉样品表面的残留物；
(7)退火：在清洗残留物后的样片正面和背面涂负胶，将该样片置于300～400℃温度环境中加热90分钟进行碳膜溅射；再在1500～1900℃温度范围内，在氩气氛围中退火5～15分钟，以在样片表面形成厚度>100nm的良好欧姆接触；然后在900～1100℃温度范围内干氧氧化15分钟，以去除样片正面和背面的碳膜；
(8)淀积金属电极：
8a)去除碳膜的样片正面和背面旋涂光刻胶，利用金属层的掩膜版光刻出金属图形；通过磁控溅射法在样片的正面和背面的对应金属电极位置淀积厚度为50～150nm的金属Ni，并通过超声波剥离掉光刻胶，再在Ar气环境中升温至900～1300℃，保存10分钟后冷却至室温；
8b)在冷却至室温的样片正面和背面涂胶，使用金属层掩膜版光刻出金属图形，通过磁控溅射法分别在正面和背面的Ni膜上淀积厚度为50～100nm的金属Ti和0.5～1.5μm的Au；通过超声波剥离形成金属电极，在样片的正面和背面分别形成横向宽度L、纵向宽度W均为7～10mm，厚度h均为0.5～2.5μm的上欧姆接触电极和下欧姆接触电极，再在Ar气环境中升温至450～600℃范围，保持5分钟后冷却至室温；
(9)淀积透明铟锡氧化物电极：通过PVD法，在样片正面和背面分别淀积厚度为0.5～3μm的铟锡氧化物透明薄膜，并分别在正面和背面的铟锡氧化物透明薄膜上涂胶，使用金属层掩膜版光刻出所需窗口图形，再采用5％～15％的稀盐酸溶液进行湿法刻蚀得到透明电极的图形，清洗光刻胶，完成整个器件的制作。
6.根据权利要求5中所述的方法，其特征在于步骤5)中每次磷离子注入的能量为190KeV、135KeV、80KeV，对应的注入的剂量为9.5×1014cm-2、5.8×1014cm-2、3.0×1014cm-2。
7.根据权利要求5中所述的方法，其特征在于步骤(9)中通过PVD法淀积铟锡氧化物透明薄膜，是先将腔体的背底真空抽至1×10-4Pa～5×10-4Pa，再将衬底样品所在的台加热至400～500℃，温度稳定后向腔体内通氩气，开启射频电源进行溅射。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710154172.8A CN106910795B (zh) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | 基于铟锡氧化物透明电极的异面型光导开关及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710154172.8A CN106910795B (zh) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | 基于铟锡氧化物透明电极的异面型光导开关及其制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106910795A true CN106910795A (zh) | 2017-06-30 |
| CN106910795B CN106910795B (zh) | 2018-07-27 |
Family
ID=59187183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710154172.8A Active CN106910795B (zh) | 2017-03-15 | 2017-03-15 | 基于铟锡氧化物透明电极的异面型光导开关及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106910795B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113078238A (zh) * | 2020-01-03 | 2021-07-06 | 西安电子科技大学 | 基于ld azo薄膜电极的同面光导开关及其制备方法 |
| CN113823554A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-21 | 中国人民解放军国防科技大学 | 背面光入射的平面电极型碳化硅光导半导体器件的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1317831A (zh) * | 2000-04-13 | 2001-10-17 | 索尼株式会社 | 固态图象读取装置及其驱动方法和摄像系统 |
| CN102945887A (zh) * | 2012-12-07 | 2013-02-27 | 东莞市五峰科技有限公司 | 一种光导半导体开关结构 |
| CN103022220A (zh) * | 2011-09-21 | 2013-04-03 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 高耐压、低导通电阻的光电导开关及其制造方法 |
| CN103681969A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-03-26 | 上海师范大学 | 一种基于SiC衬底光导开关制作方法 |
-
2017
- 2017-03-15 CN CN201710154172.8A patent/CN106910795B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1317831A (zh) * | 2000-04-13 | 2001-10-17 | 索尼株式会社 | 固态图象读取装置及其驱动方法和摄像系统 |
| CN103022220A (zh) * | 2011-09-21 | 2013-04-03 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 高耐压、低导通电阻的光电导开关及其制造方法 |
| CN102945887A (zh) * | 2012-12-07 | 2013-02-27 | 东莞市五峰科技有限公司 | 一种光导半导体开关结构 |
| CN103681969A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-03-26 | 上海师范大学 | 一种基于SiC衬底光导开关制作方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113078238A (zh) * | 2020-01-03 | 2021-07-06 | 西安电子科技大学 | 基于ld azo薄膜电极的同面光导开关及其制备方法 |
| CN113823554A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-21 | 中国人民解放军国防科技大学 | 背面光入射的平面电极型碳化硅光导半导体器件的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106910795B (zh) | 2018-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20160043227A1 (en) | Thin film transistor and manufacturing method thereof | |
| EP2259329A1 (en) | Metal transparent conductors with low sheet resistance | |
| CN109449214B (zh) | 一种氧化镓半导体肖特基二极管及其制作方法 | |
| CN108376712B (zh) | 一种基于碘化亚铜的透明薄膜晶体管及制备方法 | |
| CN104681646B (zh) | 碳化硅嵌入式电极平面型光导开关及其制作方法 | |
| CN106910795B (zh) | 基于铟锡氧化物透明电极的异面型光导开关及其制作方法 | |
| CN103077963A (zh) | 一种欧姆接触电极、其制备方法及包含该欧姆接触电极的半导体元件 | |
| CN109888051A (zh) | 一种x射线探测器及其制造方法 | |
| CN112467031A (zh) | 基于Ag-In-Zn-S量子点的低功耗忆阻器及其制备方法 | |
| CN107425090B (zh) | 垂直型光电探测器及其制备方法 | |
| TW201113389A (en) | Method of coating substrate | |
| CN109037050A (zh) | 基于TiN的GaN基HEMT无金欧姆接触电极的制备方法 | |
| CN109136869A (zh) | 用于紫外波段的金属掺氧化镓透明导电薄膜及其制备方法 | |
| CN104393031B (zh) | 一种插入层复合结构及其制作方法 | |
| CN106910794B (zh) | 基于氧化锌透明电极的异面型光导开关及其制作方法 | |
| CN110444644A (zh) | 一种增强硅基铒掺杂ZnO薄膜电致发光的器件及制备方法 | |
| KR20170123111A (ko) | 줄열 가열 방식을 사용한 그래핀층의 제조 방법 | |
| CN104576713A (zh) | pn结及其制备方法 | |
| Kellett et al. | Superconducting YBa2Cu3O7− δ thin films on GaAs with conducting indium‐tin‐oxide buffer layers | |
| CN203026510U (zh) | 一种欧姆接触电极及包含该欧姆接触电极的半导体元件 | |
| CN115274833A (zh) | 全透明薄膜晶体管器件及其制备方法 | |
| CN106169514A (zh) | 高功率异面电极嵌入式台面型光导开关及其制作方法 | |
| CN104979195B (zh) | SiC基HEMT器件的制备方法 | |
| CN104701405A (zh) | 碳化硅嵌入式电极异面型光导开关及其制作方法 | |
| Li et al. | Studies on structural and resistive switching properties of Al/ZnO/Al structured resistive random access memory |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |