CN116404064A - 集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管，包括n型4H‑SiC衬底，n型4H‑SiC衬底的表面向上制作有n+发射区，n+发射区表面中间位置向上制作有p型基区，p型基区表面向上依次为n‑集电区和n+集电区，n+集电区表面向上制作有集电极欧姆接触金属和透明导电薄膜，集电极欧姆接触金属和透明导电薄膜间隔排布于n+集电区表面，且n+集电区表面两侧为集电极欧姆接触金属，集电极欧姆接触金属、n+集电区、n‑集电区和p型基区形成一个整体等，本发明还公开了一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制备方法，本发明解决了现有技术中存在的SiC紫外光电晶体管响应度低与温度漂移大的问题。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管，本发明还涉及一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制造方法。
背景技术
碳化硅(SiC)具有禁带宽度大、热导率高、临界雪崩击穿电场强度大、载流子饱和漂移速度高等特点，使用SiC制作的紫外光电探测器件具有耐高温、抗辐照、抗干扰能力强等优点。SiC紫外光电晶体管利用双极晶体管的电流增益原理，能够有效提升SiC紫外光电器件的光响应强度。但传统的SiC紫外光电晶体管将主要承担光吸收功能的基区和集电区下沉于器件底部，明显影响了器件的量子效率，限制了SiC紫外光电晶体管光响应强度的提高，使得SiC紫外光电晶体管光响应强度较理论仍存在偏低的问题。此外，由于SiC紫外光电晶体管的电流增益直接依赖于发射结注入效率与基区输运效率，造成SiC紫外光电晶体管先天存在温度漂移大的问题。SiC紫外光电晶体管光响应强度偏低与温度漂移偏大的问题，已严重限制了SiC紫外光电晶体管的广泛应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管，解决了现有技术中存在的SiC紫外光电晶体管响应度低与温度漂移大的问题。
本发明的另一目的是提供一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制备方法。
本发明所采用的第一技术方案是，集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管，包括n型4H-SiC衬底，n型4H-SiC衬底的表面向上制作有n+发射区，n+发射区表面中间位置向上制作有p型基区，p型基区表面向上依次为n-集电区和n+集电区，n+集电区表面向上制作有集电极欧姆接触金属和透明导电薄膜，集电极欧姆接触金属和透明导电薄膜间隔排布于n+集电区表面，且n+集电区表面两侧为集电极欧姆接触金属，集电极欧姆接触金属、n+集电区、n-集电区和p型基区形成一个整体，整体的两侧均设置有二氧化硅介质层，n+发射区表面两侧位置向上还分别制作有p型发射区，p型发射区表面向上均制作有测温端欧姆接触金属，测温端欧姆接触金属上表面覆盖有测温端PAD金属，二氧化硅介质层覆盖集电极欧姆接触金属的部分上表面以及完全的侧面，二氧化硅介质层同时还覆盖n+集电区、n-集电区和p型基区的侧面以及n+发射区裸露的表面，以及p型发射区和测温端欧姆接触金属的部分上表面以及完全的侧面；集电极欧姆接触金属上表面覆盖有集电极PAD金属，n型4H-SiC衬底下表面向下生长有发射极欧姆接触金属，发射极欧姆接触金属下表面覆盖有发射极PAD金属。
本发明第一技术方案的特点还在于，
n型4H-SiC衬底厚度为150～350μm，施主杂质浓度为1.0×1018cm-3～2.0×1019cm-3；
n+发射区最高上表面与下表面的厚度为0.5～1.0μm，杂质浓度为1.0×1018cm-3～2.0×1019cm-3；
p型发射区位于p型基区两侧，二者之间的横向间距为1.0μm～100μm；p型发射区宽度为10μm～1mm，p型基区的宽度为500μm～5mm；p型发射区与p型基区厚度相同、掺杂浓度相同，厚度为0.2～1.0μm，杂质浓度为2.0×1016cm-3～2.0×1017cm-3；
n-集电区厚度为0.5μm～10μm，n-集电区杂质浓度为1.0×1013cm-3～1.0×1016cm-3；
n+集电区结深为0.2μm～0.5μm，n+集电区杂质浓度为1.0×1018cm-3～2.0×1019cm-3；
发射极欧姆接触金属由Ti、Ni、W、Al中的一种或多种组合形成，发射极欧姆接触金属厚度为100nm～300nm；
集电极欧姆接触金属由Ti、Ni、W、Al中的一种或多种组合形成，集电极欧姆接触金属厚度为100nm～300nm；
测温端欧姆接触金属由Ti、Ni、W、Al中的一种或多种组合形成，测温端欧姆接触金属厚度为100nm～300nm；
二氧化硅介质层厚度为200nm～2000nm；
发射极PAD金属材质为Ni、Ag、Au中的一种或多种组合形成，发射极PAD金属厚度为1.0μm～20μm；
测温端PAD金属材质为W、Al、Cu、Au中的一种或多种组合形成，测温端PAD金属的厚度为1.0μm～10μm；
集电极PAD金属材质为W、Al、Cu、Au中的一种或多种组合形成，集电极PAD金属厚度为1.0μm～10μm。
集电极欧姆接触金属之间以及裸露的n+集电区上表面均覆盖有透明导电薄膜，透明导电薄膜的材质为AZO、ITO、石墨烯中的一种或多种的组合，厚度为1nm～1μm。
本发明所采用的第二技术方案是，集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、通过物理气相传输法PVT制备n型4H-SiC衬底；
步骤2、通过化学气相淀积法CVD在n型4H-SiC衬底表面向上依次外延制备n+发射区、p型外延层、n-集电区、n+集电区；
步骤3、通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀n-集电区和n+集电区边缘，使p型外延层上表面裸露；再次进行光刻与干法刻蚀工作刻蚀p型外延层，使n+发射区上表面裸露，形成p型发射区与p型基区；
步骤4、通过真空蒸镀与快速热退火的方法在n+衬底下表面制造发射极欧姆接触金属；
步骤5、通过光刻、真空蒸镀、剥离的方法在n+集电区的上表面制造集电极欧姆接触金属，在p型发射区的上表面制造测温端欧姆接触金属；
步骤6、通过等离子体增强型化学气相淀积PECVD的方法在裸露的n+发射区上表面、裸露的n-集电区侧壁、裸露的n+集电区上表面边缘与侧壁、裸露的p型发射区上表面与侧壁、裸露的p型基区侧壁制造二氧化硅介质层；
步骤7、通过真空蒸镀的方法在发射极欧姆接触金属下表面覆盖发射极PAD金属；通过真空蒸镀加光刻与刻蚀的方法分别在测温端欧姆接触金属上表面覆盖测温端PAD金属，在集电极欧姆接触金属上表面覆盖集电极PAD金属；
步骤8、通过磁控溅射或薄膜转移的方法在集电极欧姆接触金属9之间以及裸露的n+集电区上表面制造透明导电薄膜；
步骤9、通过打点、划片、封装实现集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制备。
本发明第二技术方案的特点还在于，
步骤1中通过物理气相传输PVT法制备n+型4H-SiC的衬底的生长温度为2100℃～2200℃。
步骤2中通过化学气相淀积CVD法在衬底表面向上依次外延制备n+发射区、p型外延层、n-集电区、n+集电区的生长温度均为1400℃～1700℃；
步骤4中通过真空蒸镀与快速热退火的方法在n+衬底下表面制造发射极欧姆接触金属，快速退火温度为950℃～1100℃；
本发明的有益效果是，集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管，1)通过设置位于顶部的n-集电区4、n+集电区5，本发明一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的紫外光响应强度较传统SiC紫外光电晶体管更强；2)通过p型发射区6、测温端欧姆接触金属10、测温端PAD金属13的设置，本发明一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管能够实现结温在线监测，较传统SiC紫外光电晶体管解决了温度漂移大导致的紫外光强测量结果偏差大的问题；3)通过透明导电薄膜15的设置，本发明一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管较传统SiC紫外光电晶体管具有更优的光生载流子收集能力，有助于提高紫外光响应强度。
附图说明
图1是本发明一种具有顶集电区的SiC基紫外光电晶体管剖面结构示意图；
图2是完成n+发射区2，p型外延层3，n-集电区4，n+集电区5等外延制造工艺的剖面结构示意图；
图3是经光刻与干法刻蚀完成p型发射区6，p型基区7制造工艺的剖面结构示意图；
图4是完成发射极欧姆接触金属8制造工艺的剖面结构示意图；
图5是完成集电极欧姆接触金属9，测温端欧姆接触金属10，制造工艺的剖面结构示意图；
图6是经PECVD沉积、光刻、刻蚀完成二氧化硅介质层11制造工艺的剖面结构示意图；
图7是经真空蒸镀完成发射极PAD金属12，测温端PAD金属13，集电极PAD金属14制造工艺的剖面结构示意图；
图8是经光刻、溅射完成透明导电薄膜15制造工艺的剖面结构示意图；
图9为本发明实施例1中的一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的输出特性曲线。
图中，n型4H-SiC衬底，n+发射区2，p型外延层3，n-集电区4，n+集电区5，p型发射区6，p型基区7，发射极欧姆接触金属8，集电极欧姆接触金属9，测温端欧姆接触金属10，二氧化硅介质层11，发射极PAD金属12，测温端PAD金属13，集电极PAD金属14，透明导电薄膜15。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管，结构如图1所示，包括n型4H-SiC衬底1，n型4H-SiC衬底1的表面向上制作有n+发射区2，n+发射区2表面中间位置向上制作有p型基区7，p型基区7表面向上依次为n-集电区4和n+集电区5，n+集电区5表面向上制作有集电极欧姆接触金属9和透明导电薄膜15，集电极欧姆接触金属9和透明导电薄膜15间隔排布于n+集电区5表面，且n+集电区5表面两侧为集电极欧姆接触金属9，集电极欧姆接触金属9、n+集电区5、n-集电区4和p型基区7形成一个整体，整体的两侧均设置有二氧化硅介质层11，n+发射区2表面两侧位置向上还分别制作有p型发射区6，p型发射区6表面向上均制作有测温端欧姆接触金属10，测温端欧姆接触金属10上表面覆盖有测温端PAD金属13，二氧化硅介质层11覆盖集电极欧姆接触金属9的部分上表面以及完全的侧面，二氧化硅介质层11同时还覆盖n+集电区5、n-集电区4和p型基区7的侧面以及n+发射区2裸露的表面，以及p型发射区6和测温端欧姆接触金属10的部分上表面以及完全的侧面；集电极欧姆接触金属9上表面覆盖有集电极PAD金属14，所述n型4H-SiC衬底1下表面向下生长有发射极欧姆接触金属8，发射极欧姆接触金属8下表面覆盖有发射极PAD金属12。
n型4H-SiC衬底1厚度为150～350μm，施主杂质浓度为1.0×1018cm-3～2.0×1019cm-3；
n+发射区2最高上表面与下表面的厚度为0.5～1.0μm，杂质浓度为1.0×1018cm-3～2.0×1019cm-3；
p型发射区6位于p型基区7两侧，二者之间的横向间距为1.0μm～100μm；p型发射区6宽度为10μm～1mm，p型基区7的宽度为500μm～5mm；p型发射区6与p型基区7厚度相同、掺杂浓度相同，厚度为0.2～1.0μm，杂质浓度为2.0×1016cm-3～2.0×1017cm-3；
n-集电区4厚度为0.5μm～10μm，n-集电区4杂质浓度为1.0×1013cm-3～1.0×1016cm-3；
n+集电区5结深为0.2μm～0.5μm，n+集电区5杂质浓度为1.0×1018cm-3～2.0×1019cm-3；
发射极欧姆接触金属8由Ti、Ni、W、Al中的一种或多种组合形成，发射极欧姆接触金属8厚度为100nm～300nm；
集电极欧姆接触金属9由Ti、Ni、W、Al中的一种或多种组合形成，集电极欧姆接触金属9厚度为100nm～300nm；
测温端欧姆接触金属10由Ti、Ni、W、Al中的一种或多种组合形成，测温端欧姆接触金属10厚度为100nm～300nm；
二氧化硅介质层11厚度为200nm～2000nm；
发射极PAD金属12材质为Ni、Ag、Au中的一种或多种组合形成，发射极PAD金属12厚度为1.0μm～20μm；
测温端PAD金属13材质为W、Al、Cu、Au中的一种或多种组合形成，测温端PAD金属13的厚度为1.0μm～10μm；
集电极PAD金属14材质为W、Al、Cu、Au中的一种或多种组合形成，集电极PAD金属14厚度为1.0μm～10μm。
集电极欧姆接触金属9之间以及裸露的n+集电区5上表面均覆盖有透明导电薄膜15，透明导电薄膜15的材质为AZO、ITO、石墨烯中的一种或多种的组合，厚度为1nm～1μm。
集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制备方法，具体按照以下步骤实施：
通过物理气相传输法PVT制备n型4H-SiC衬底1，生长温度为2100℃～2200℃；
通过化学气相淀积法CVD在n型4H-SiC衬底1表面向上依次外延制备n+发射区2、p型外延层3、n-集电区4、n+集电区5，生长温度均为1400℃～1700℃，如图2所示；
通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀n-集电区4和n+集电区5边缘，使p型外延层3上表面裸露；再次进行光刻与干法刻蚀工作刻蚀p型外延层3，使n+发射区2上表面裸露，形成p型发射区6与p型基区7，如图3所示；
通过真空蒸镀与快速热退火的方法在n+衬底1下表面制造发射极欧姆接触金属8，快速退火温度为950℃～1100℃，如图4所示；
通过光刻、真空蒸镀、剥离的方法在n+集电区5的上表面制造集电极欧姆接触金属9，在p型发射区6的上表面制造测温端欧姆接触金属10，如图5所示；
通过等离子体增强型化学气相淀积PECVD的方法在裸露的n+发射区2上表面、裸露的n-集电区4侧壁、裸露的n+集电区5上表面边缘与侧壁、裸露的p型发射区6上表面与侧壁、裸露的p型基区7侧壁制造二氧化硅介质层11，如图6所示；
通过真空蒸镀的方法在发射极欧姆接触金属8下表面覆盖发射极PAD金属12；通过真空蒸镀加光刻与刻蚀的方法分别在测温端欧姆接触金属10上表面覆盖测温端PAD金属13，在集电极欧姆接触金属9上表面覆盖集电极PAD金属14，如图7所示；
通过磁控溅射或薄膜转移的方法在集电极欧姆接触金属9之间以及裸露的n+集电区5上表面制造透明导电薄膜15，如图8所示；
通过打点、划片、封装实现集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制备。
为了说明本发明一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的优势，通过Sentaurus TCAD计算机数值实验平台对上述实施例1的集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管进行验证。
图9为本发明实施例1中的一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的输出特性曲线，从图中可以看出，在相同紫外光强下，本发明集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管比传统结构的SiC npn型紫外光晶体管的集电极。综上，本发明一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管提高了现有SiC紫外光电晶体管的响应度，解决了温度漂移大的问题。
实施例1
如图1，本发明实施例1一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的结构是，包括材料为n型4H-SiC的衬底1，厚度为180μm，施主杂质浓度为2.0×1018cm-3；
n型4H-SiC衬底1表面向上制作有n+发射区2，最高上表面与下表面的厚度为0.5～1.0μm，杂质浓度为5.0×1018cm-3；
n+发射区2表面向上制作有p型发射区6、p型基区7，p型发射区6位于p型基区7两侧，二者之间的横向间距为10μm；p型发射区6宽度为100μm，p型基区7的宽度为1000μm；p型发射区6与p型基区7厚度相同、掺杂浓度相同，厚度为0.3μm，杂质浓度为6.0×1016cm-3；
位于p型基区7上表面的n-集电区4，厚度为6.0μm，杂质浓度为5.0×1015cm-3；
位于n-集电区4上表面的n+集电区5，结深为0.3μm，杂质浓度为2.0×1018cm-3；
位于n型4H-SiC的衬底1下表面的发射极欧姆接触金属8，由Ti、Ni、W、Al等一种或多种的组合形成，厚度为200nm；
位于n+集电区5上表面的集电极欧姆接触金属9，由Ti、Ni、W、Al等一种或多种的组合形成，厚度为200nm；
位于p型发射区6上表面的测温端欧姆接触金属10，由Ti、Ni、W、Al等一种或多种的组合形成，厚度为200nm；
裸露的n+发射区2上表面、裸露的n-集电区4侧壁、裸露的n+集电区5上表面边缘与侧壁、裸露的p型发射区6上表面与侧壁、裸露的p型基区7侧壁均覆盖有二氧化硅介质层11，厚度为1000nm；
发射极欧姆接触金属8下表面覆盖有发射极PAD金属12，材质为Ni、Ag、Au等一种或多种的组合，厚度为5μm；
测温端欧姆接触金属10上表面覆盖有测温端PAD金属13，材质为W、Al、Cu、Au等一种或多种的组合，厚度为5μm；
集电极欧姆接触金属9上表面覆盖有集电极PAD金属14，材质为W、Al、Cu、Au等一种或多种的组合，厚度为5μm；
集电极欧姆接触金属9之间，裸露的n+集电区5上表面覆盖有透明导电薄膜15，透明导电薄膜15的材质为AZO、ITO、石墨烯等一种或多种的组合，厚度为100nm；
如图2-图8，本发明实施例1一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制造方法，按照以下步骤实施：
通过物理气相传输(PVT)法制备n+型4H-SiC的衬底1，生长温度为2150℃；
通过化学气相淀积(CVD)法在衬底1表面向上依次外延制备n+发射区2，p型外延层3，n-集电区4，n+集电区5，生长温度为1450℃；
通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀n-集电区4和n+集电区5边缘，使p型外延层3上表面裸露；再次进行光刻与干法刻蚀工作刻蚀p型外延层3，使n+发射区2上表面裸露，形成p型发射区6与p型基区7；
通过真空蒸镀与快速热退火的方法在n+衬底1下表面制造发射极欧姆接触金属8，快速退火温度为1050℃；
通过光刻、真空蒸镀、剥离的方法分别在n+集电区5与p型发射区6上表面制造集电极欧姆接触金属9与测温端欧姆接触金属10，如图5所示；
通过等离子体增强型化学气相淀积(PECVD)的方法在裸露的n+发射区2上表面、裸露的n-集电区4侧壁、裸露的n+集电区5上表面边缘与侧壁、裸露的p型发射区6上表面与侧壁、裸露的p型基区7侧壁制造二氧化硅介质层11，如图6所示；
通过真空蒸镀的方法在发射极欧姆接触金属8下表面覆盖有发射极PAD金属12；通过真空蒸镀加光刻与刻蚀的方法分别在测温端欧姆接触金属10上表面覆盖有测温端PAD金属13，在集电极欧姆接触金属9上表面覆盖有集电极PAD金属14，如图7所示；
通过磁控溅射或薄膜转移的方法在集电极欧姆接触金属9之间，裸露的n+集电区5上表面制造透明导电薄膜15，如图8所示；
通过打点、划片、封装实现集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制造。
为了说明本发明实施例1一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的优势，通过Sentaurus TCAD计算机数值实验平台对上述实施例1的集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管进行验证。
图9为本发明实施例1中的一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的输出特性曲线，从图中可以看出，在相同紫外光强下，本发明集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管比传统结构的SiC npn型紫外光晶体管的集电极。综上，本发明一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管提高了现有SiC紫外光电晶体管的响应度，解决了温度漂移大的问题。
实施例2
本发明实施例2一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的结构是，包括材料为n型4H-SiC的衬底1，厚度为150μm，施主杂质浓度为1.0×1018cm-3cm-3；
n型4H-SiC衬底1表面向上制作有n+发射区2，最高上表面与下表面的厚度为0.5μm，杂质浓度为1.0×1018cm-3cm-3；
n+发射区2表面向上制作有p型发射区6、p型基区7，p型发射区6位于p型基区7两侧，二者之间的横向间距为1.0μm；p型发射区6宽度为10μm，p型基区7的宽度为500μm；p型发射区6与p型基区7厚度相同、掺杂浓度相同，厚度为0.2μm，杂质浓度为2.0×1016cm-3；
位于p型基区7上表面的n-集电区4，厚度为0.5μm，杂质浓度为1.0×1013cm-3cm-3；
位于n-集电区4上表面的n+集电区5，结深为0.2μm，杂质浓度为1.0×1018cm-3cm-3；
位于n型4H-SiC的衬底1下表面的发射极欧姆接触金属8，由Ti、Ni、W、Al等一种或多种的组合形成，厚度为100nm；
位于n+集电区5上表面的集电极欧姆接触金属9，由Ti、Ni、W、Al等一种或多种的组合形成，厚度为100nm；
位于p型发射区6上表面的测温端欧姆接触金属10，由Ti、Ni、W、Al等一种或多种的组合形成，厚度为100nm；
裸露的n+发射区2上表面、裸露的n-集电区4侧壁、裸露的n+集电区5上表面边缘与侧壁、裸露的p型发射区6上表面与侧壁、裸露的p型基区7侧壁均覆盖有二氧化硅介质层11，厚度为200nm；
发射极欧姆接触金属8下表面覆盖有发射极PAD金属12，材质为Ni、Ag、Au等一种或多种的组合，厚度为1.0μm；
测温端欧姆接触金属10上表面覆盖有测温端PAD金属13，材质为W、Al、Cu、Au等一种或多种的组合，厚度为1.0μm；
集电极欧姆接触金属9上表面覆盖有集电极PAD金属14，材质为W、Al、Cu、Au等一种或多种的组合，厚度为1.0μm；
集电极欧姆接触金属9之间，裸露的n+集电区5上表面覆盖有透明导电薄膜15，透明导电薄膜15的材质为AZO、ITO、石墨烯等一种或多种的组合，厚度为1nm；
本发明实施例2一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制造方法，按照以下步骤实施：
通过物理气相传输(PVT)法制备n+型4H-SiC的衬底1，生长温度为2100℃；
通过化学气相淀积(CVD)法在衬底1表面向上依次外延制备n+发射区2，p型外延层3，n-集电区4，n+集电区5，生长温度为1400℃；
通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀n-集电区4和n+集电区5边缘，使p型外延层3上表面裸露；再次进行光刻与干法刻蚀工作刻蚀p型外延层3，使n+发射区2上表面裸露，形成p型发射区6与p型基区7；
通过真空蒸镀与快速热退火的方法在n+衬底1下表面制造发射极欧姆接触金属8，快速退火温度为950℃；
通过光刻、真空蒸镀、剥离的方法分别在n+集电区5与p型发射区6上表面制造集电极欧姆接触金属9与测温端欧姆接触金属10；
通过PECVD的方法在裸露的n+发射区2上表面、裸露的n-集电区4侧壁、裸露的n+集电区5上表面边缘与侧壁、裸露的p型发射区6上表面与侧壁、裸露的p型基区7侧壁制造二氧化硅介质层11；
通过真空蒸镀的方法在发射极欧姆接触金属8下表面覆盖有发射极PAD金属12；通过真空蒸镀加光刻与刻蚀的方法分别在测温端欧姆接触金属10上表面覆盖有测温端PAD金属13，在集电极欧姆接触金属9上表面覆盖有集电极PAD金属14；
通过磁控溅射或薄膜转移的方法在集电极欧姆接触金属9之间，裸露的n+集电区5上表面制造透明导电薄膜15；
通过打点、划片、封装实现集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制造。
实施例3
本发明实施例3一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的结构是，包括材料为n型4H-SiC的衬底1，厚度为350μm，施主杂质浓度为2.0×1019cm-3；
n型4H-SiC衬底1表面向上制作有n+发射区2，最高上表面与下表面的厚度为1.0μm，杂质浓度为2.0×1019cm-3；
n+发射区2表面向上制作有p型发射区6、p型基区7，p型发射区6位于p型基区7两侧，二者之间的横向间距为100μm；p型发射区6宽度为1mm，p型基区7的宽度为5mm；p型发射区6与p型基区7厚度相同、掺杂浓度相同，厚度为1.0μm，杂质浓度为2.0×1017cm-3；
位于p型基区7上表面的n-集电区4，厚度为10μm，杂质浓度为1.0×1016cm-3；
位于n-集电区4上表面的n+集电区5，结深为0.5μm，杂质浓度为2.0×1019cm-3；
位于n型4H-SiC的衬底1下表面的发射极欧姆接触金属8，由Ti、Ni、W、Al等一种或多种的组合形成，厚度为300nm；
位于n+集电区5上表面的集电极欧姆接触金属9，由Ti、Ni、W、Al等一种或多种的组合形成，厚度为300nm；
位于p型发射区6上表面的测温端欧姆接触金属10，由Ti、Ni、W、Al等一种或多种的组合形成，厚度为300nm；
裸露的n+发射区2上表面、裸露的n-集电区4侧壁、裸露的n+集电区5上表面边缘与侧壁、裸露的p型发射区6上表面与侧壁、裸露的p型基区7侧壁均覆盖有二氧化硅介质层11，厚度为2000nm；
发射极欧姆接触金属8下表面覆盖有发射极PAD金属12，材质为Ni、Ag、Au等一种或多种的组合，厚度为20μm；
测温端欧姆接触金属10上表面覆盖有测温端PAD金属13，材质为W、Al、Cu、Au等一种或多种的组合，厚度为10μm；
集电极欧姆接触金属9上表面覆盖有集电极PAD金属14，材质为W、Al、Cu、Au等一种或多种的组合，厚度为10μm；
集电极欧姆接触金属9之间，裸露的n+集电区5上表面覆盖有透明导电薄膜15，透明导电薄膜15的材质为AZO、ITO、石墨烯等一种或多种的组合，厚度为1μm；
如图2-图8，本发明一种集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制造方法，按照以下步骤实施：
通过物理气相传输(PVT)法制备n+型4H-SiC的衬底1，生长温度为2200℃；
通过化学气相淀积(CVD)法在衬底1表面向上依次外延制备n+发射区2，p型外延层3，n-集电区4，n+集电区5，生长温度为1700℃；
通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀n-集电区4和n+集电区5边缘，使p型外延层3上表面裸露；再次进行光刻与干法刻蚀工作刻蚀p型外延层3，使n+发射区2上表面裸露，形成p型发射区6与p型基区7；
通过真空蒸镀与快速热退火的方法在n+衬底1下表面制造发射极欧姆接触金属8，快速退火温度为1100℃；
通过光刻、真空蒸镀、剥离的方法分别在n+集电区5与p型发射区6上表面制造集电极欧姆接触金属9与测温端欧姆接触金属10；
通过PECVD的方法在裸露的n+发射区2上表面、裸露的n-集电区4侧壁、裸露的n+集电区5上表面边缘与侧壁、裸露的p型发射区6上表面与侧壁、裸露的p型基区7侧壁制造二氧化硅介质层11；
通过真空蒸镀的方法在发射极欧姆接触金属8下表面覆盖有发射极PAD金属12；通过真空蒸镀加光刻与刻蚀的方法分别在测温端欧姆接触金属10上表面覆盖有测温端PAD金属13，在集电极欧姆接触金属9上表面覆盖有集电极PAD金属14；
通过磁控溅射或薄膜转移的方法在集电极欧姆接触金属9之间，裸露的n+集电区5上表面制造透明导电薄膜15；
通过打点、划片、封装实现集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制造。
Claims (8)
1.集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管，其特征在于，包括n型4H-SiC衬底(1)，n型4H-SiC衬底(1)的表面向上制作有n+发射区(2)，n+发射区(2)表面中间位置向上制作有p型基区(7)，p型基区(7)表面向上依次为n-集电区(4)和n+集电区(5)，n+集电区(5)表面向上制作有集电极欧姆接触金属(9)和透明导电薄膜(15)，集电极欧姆接触金属(9)和透明导电薄膜(15)间隔排布于n+集电区(5)表面，且n+集电区(5)表面两侧为集电极欧姆接触金属(9)，集电极欧姆接触金属(9)、n+集电区(5)、n-集电区(4)和p型基区(7)形成一个整体，整体的两侧均设置有二氧化硅介质层(11)，n+发射区(2)表面两侧位置向上还分别制作有p型发射区(6)，p型发射区(6)表面向上均制作有测温端欧姆接触金属(10)，测温端欧姆接触金属(10)上表面覆盖有测温端PAD金属(13)，二氧化硅介质层(11)覆盖集电极欧姆接触金属(9)的部分上表面以及完全的侧面，二氧化硅介质层(11)同时还覆盖n+集电区(5)、n-集电区(4)和p型基区(7)的侧面以及n+发射区(2)裸露的表面，以及p型发射区(6)和测温端欧姆接触金属(10)的部分上表面以及完全的侧面；集电极欧姆接触金属(9)上表面覆盖有集电极PAD金属(14)，所述n型4H-SiC衬底(1)下表面向下生长有发射极欧姆接触金属(8)，发射极欧姆接触金属(8)下表面覆盖有发射极PAD金属(12)。
2.根据权利要求1所述的集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管，其特征在于，所述n型4H-SiC衬底(1)厚度为150～350μm，施主杂质浓度为1.0×1018cm-3～2.0×1019cm-3；
n+发射区(2)最高上表面与下表面的厚度为0.5～1.0μm，杂质浓度为1.0×1018cm-3～2.0×1019cm-3；
p型发射区(6)位于p型基区(7)两侧，二者之间的横向间距为1.0μm～100μm；p型发射区(6)宽度为10μm～1mm，p型基区(7)的宽度为500μm～5mm；p型发射区(6)与p型基区(7)厚度相同、掺杂浓度相同，厚度为0.2～1.0μm，杂质浓度为2.0×1016cm-3～2.0×1017cm-3；
n-集电区(4)厚度为0.5μm～10μm，n-集电区(4)杂质浓度为1.0×1013cm-3～1.0×1016cm-3；
n+集电区(5)结深为0.2μm～0.5μm，n+集电区(5)杂质浓度为1.0×1018cm-3～2.0×1019cm-3。
3.根据权利要求1所述的集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管，其特征在于，所述发射极欧姆接触金属(8)由Ti、Ni、W、Al中的一种或多种组合形成，发射极欧姆接触金属(8)厚度为100nm～300nm；
所述集电极欧姆接触金属(9)由Ti、Ni、W、Al中的一种或多种组合形成，集电极欧姆接触金属(9)厚度为100nm～300nm；
所述测温端欧姆接触金属(10)由Ti、Ni、W、Al中的一种或多种组合形成，测温端欧姆接触金属(10)厚度为100nm～300nm；
所述二氧化硅介质层(11)厚度为200nm～2000nm；
所述发射极PAD金属(12)材质为Ni、Ag、Au中的一种或多种组合形成，发射极PAD金属(12)厚度为1.0μm～20μm；
所述测温端PAD金属(13)材质为W、Al、Cu、Au中的一种或多种组合形成，测温端PAD金属(13)的厚度为1.0μm～10μm；
所述集电极PAD金属(14)材质为W、Al、Cu、Au中的一种或多种组合形成，集电极PAD金属(14)厚度为1.0μm～10μm。
4.根据权利要求1所述的集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管，其特征在于，所述集电极欧姆接触金属(9)之间以及裸露的n+集电区(5)上表面均覆盖有透明导电薄膜(15)，透明导电薄膜(15)的材质为AZO、ITO、石墨烯中的一种或多种的组合，厚度为1nm～1μm。
5.集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、通过物理气相传输法PVT制备n型4H-SiC衬底(1)；
步骤2、通过化学气相淀积法CVD在n型4H-SiC衬底(1)表面向上依次外延制备n+发射区(2)、p型外延层(3)、n-集电区(4)、n+集电区(5)；
步骤3、通过光刻加干法刻蚀工艺刻蚀n-集电区(4)和n+集电区(5)边缘，使p型外延层(3)上表面裸露；再次进行光刻与干法刻蚀工作刻蚀p型外延层(3)，使n+发射区(2)上表面裸露，形成p型发射区(6)与p型基区(7)；
步骤4、通过真空蒸镀与快速热退火的方法在n+衬底(1)下表面制造发射极欧姆接触金属(8)；
步骤5、通过光刻、真空蒸镀、剥离的方法在n+集电区(5)的上表面制造集电极欧姆接触金属(9)，在p型发射区(6)的上表面制造测温端欧姆接触金属(10)；
步骤6、通过等离子体增强型化学气相淀积PECVD的方法在裸露的n+发射区(2)上表面、裸露的n-集电区(4)侧壁、裸露的n+集电区(5)上表面边缘与侧壁、裸露的p型发射区(6)上表面与侧壁、裸露的p型基区(7)侧壁制造二氧化硅介质层(11)；
步骤7、通过真空蒸镀的方法在发射极欧姆接触金属(8)下表面覆盖发射极PAD金属(12)；通过真空蒸镀加光刻与刻蚀的方法分别在测温端欧姆接触金属(10)上表面覆盖测温端PAD金属(13)，在集电极欧姆接触金属(9)上表面覆盖集电极PAD金属(14)；
步骤8、通过磁控溅射或薄膜转移的方法在集电极欧姆接触金属(9)之间以及裸露的n+集电区(5)上表面制造透明导电薄膜(15)；
步骤9、通过打点、划片、封装实现集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制备。
6.根据权利要求5所述的集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制备方法，所述步骤1中通过物理气相传输PVT法制备n+型4H-SiC的衬底(1)的生长温度为2100℃～2200℃。
7.根据权利要求5所述的集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制备方法，所述步骤2中通过化学气相淀积CVD法在衬底(1)表面向上依次外延制备n+发射区(2)、p型外延层(3)、n-集电区(4)、n+集电区(5)的生长温度均为1400℃～1700℃。
8.根据权利要求5所述的集成测温单元的SiC顶集电区紫外光电晶体管的制备方法，所述步骤4中通过真空蒸镀与快速热退火的方法在n+衬底(1)下表面制造发射极欧姆接触金属(8)，快速退火温度为950℃～1100℃。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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