專利名稱：具有改進(jìn)響應(yīng)度的基于硅的肖特基勢(shì)壘探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于硅的肖特基勢(shì)壘紅外線(IR)光學(xué)探測(cè)器，并且更具體而言，涉及一種平面的、基于波導(dǎo)的IR光學(xué)探測(cè)器，該探測(cè)器包括一個(gè)額外的場(chǎng)板來改進(jìn)該探測(cè)器的響應(yīng)度。
背景技術(shù)：
已經(jīng)開發(fā)了使用金屬半導(dǎo)體勢(shì)壘(稱為肖特基勢(shì)壘)代替p_n結(jié)的半導(dǎo)體裝置來將入射光轉(zhuǎn)換成電能。在電磁能波譜的IR部分中操作的肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器中，硅通常用作半導(dǎo)體材料。在基于硅的肖特基勢(shì)壘光電二極管的最常規(guī)的形式中，一個(gè)基于硅的肖特基勢(shì)魚光電二極管由布置在一個(gè)娃層上的薄金屬薄膜(例如，娃化物薄膜)組成。垂直于(即，“正交于”)此結(jié)構(gòu)施加入射光，光會(huì)穿過該相對(duì)較薄的金屬薄膜，其中該較薄的薄膜僅吸收一部分光，因而導(dǎo)致極低的外部量子效率水平。因此，常規(guī)的“正入射”光電探測(cè)器需要一個(gè)相對(duì)較大的有源探測(cè)區(qū)域，以便收集足夠量的光能來適當(dāng)發(fā)揮作用。然而，隨著該探測(cè)區(qū)域增大，暗電流(不需要的噪聲信號(hào))也增加。此外，盡管在結(jié)構(gòu)上相對(duì)簡(jiǎn)單，這種正入射探測(cè)器典型地需要冷卻，這同樣與一個(gè)相對(duì)較高的暗電流值相關(guān)聯(lián)。多年來，在基于硅的肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器中的光學(xué)吸收和量子效率的改進(jìn)已經(jīng)成為大量研究的來源。在一個(gè)案例中，如1997年11月11日頒給K 賽特(K. Saito)等人的5，685，919號(hào)美國專利中所披露的，已經(jīng)通過誘導(dǎo)金屬-半導(dǎo)體界面處的表面等離子體振子模改進(jìn)了光學(xué)吸收。在此安排中，一個(gè)半圓柱狀的透鏡被布置在該金屬層上并且用于將進(jìn)入的光從正入射重新定向成與創(chuàng)建該表面等離子體振子層相關(guān)聯(lián)的一個(gè)角度。1989年8月15日頒給A. C 楊(A. C. Yang)等人的4，857，973號(hào)美國專利披露了一種替代的肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器布置，其中該光電探測(cè)器單片地與一個(gè)單晶硅脊形波導(dǎo)集成，并且經(jīng)定位以當(dāng)光學(xué)信號(hào)在一個(gè)硅化物層的下面沿著該脊形波導(dǎo)傳遞時(shí)，吸收該光學(xué)信號(hào)的“尾部”。盡管用楊等人的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)吸收效率的改進(jìn)，但是，就沿著該脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的側(cè)壁散射損失而言，仍然有重大損失，因?yàn)樵摷剐问峭ㄟ^部分地移除一個(gè)相對(duì)較厚的硅層的幾個(gè)部分創(chuàng)建的。此外，就控制這種脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的尺寸(尤其是高度)以及平滑度而言，仍然有重大困難。實(shí)際上，用基于CMOS的常規(guī)處理技術(shù)實(shí)施一個(gè)(尤其是具有亞微米尺寸的)“脊形”結(jié)構(gòu)極其困難。此外，從制造角度，尤其就設(shè)計(jì)的可靠性以及穩(wěn)健性而言，不認(rèn)為楊等人的結(jié)構(gòu)的非平面幾何形狀是優(yōu)選的安排。在2008年4月15日頒給V*帕特爾(V. Patel)等人并且轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人的7，358，585號(hào)美國專利中描述了與常規(guī)的CMOS處理相兼容的一個(gè)示例性現(xiàn)有技術(shù)基于硅的光電探測(cè)器。在帕特爾等人的結(jié)構(gòu)中，將一個(gè)硅化物層(或者其他適當(dāng)?shù)慕饘賹?布置在一個(gè)平面硅波導(dǎo)層上，該平面硅波導(dǎo)層形成為一個(gè)“絕緣體上硅”(SOI)結(jié)構(gòu)的亞微米厚表面層(在本領(lǐng)域中此亞微米表面波導(dǎo)層通常稱為“SOI層”)。將歐姆觸點(diǎn)施加到該SOI結(jié)構(gòu)的平面SOI層以及該硅化物層上。因此，在該平面SOI層內(nèi)沿著該光學(xué)波導(dǎo)橫向傳播的一個(gè)光學(xué)信號(hào)將在該硅化物層之下傳遞，其中光能的“尾部”將截取該硅化物并且被轉(zhuǎn)換成電能。由于帕特爾等人的安排是基于在一個(gè)平面硅表面上實(shí)施一個(gè)硅化物探測(cè)器并且不需要形成單晶硅脊形波導(dǎo)，所以可以相對(duì)于楊等人的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)效率上的顯著改進(jìn)，同時(shí)還與常規(guī)的平面CMOS處理技術(shù)相兼容。盡管被認(rèn)為相對(duì)于現(xiàn)有裝置有所進(jìn)步，但是，帕特爾等人的平面的、基于波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)在響應(yīng)度方面略受限制，這 與硅化物材料本身的固有性質(zhì)相關(guān)聯(lián)。由于硅化物探測(cè)器最初被設(shè)計(jì)用于功率監(jiān)控應(yīng)用，所以響應(yīng)度和處理簡(jiǎn)單性并不像今天這樣受到關(guān)注。因此，仍然需要高速的基于硅的探測(cè)器，該探測(cè)器仍然與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS處理相兼容，但是提供在高速系統(tǒng)中用作功率監(jiān)控器或者反饋探測(cè)器所需的響應(yīng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中仍然存在的需要，本發(fā)明涉及一種基于硅的肖特基勢(shì)壘紅外線(IR)光學(xué)探測(cè)器，并且更具體而言，涉及一種平面的、基于波導(dǎo)的IR光學(xué)探測(cè)器，該探測(cè)器包括一個(gè)額外的場(chǎng)板來改進(jìn)該探測(cè)器的響應(yīng)度。根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)分離的傳導(dǎo)性區(qū)域(S卩，“場(chǎng)板”)布置在形成該探測(cè)器本身的硅化物層上并且與其分離。優(yōu)選的是，在一個(gè)CMOS制造過程中的一個(gè)多層金屬化步驟中用于其他目的的一個(gè)常規(guī)的金屬層(例如，標(biāo)準(zhǔn)金屬導(dǎo)體制造過程的第一層)用于創(chuàng)建該場(chǎng)板，無需改變?cè)撨^程中的任何步驟。此外，優(yōu)選的是，用于形成該探測(cè)器本身的硅化物層是在與該裝置中的其他接觸區(qū)相同的處理步驟期間制造(即，限定為同一光刻步驟的一部分)。施加一個(gè)電壓到該場(chǎng)板，以便在該探測(cè)器的硅化物層的附近創(chuàng)建一個(gè)電場(chǎng)。通過創(chuàng)建該電場(chǎng)，可以“調(diào)諧”該裝置的響應(yīng)度，從而相對(duì)于該肖特基勢(shì)壘/硅層界面調(diào)節(jié)“熱”載流子(電子或者空穴，取決于硅的傳導(dǎo)性)的方向和動(dòng)量。所施加的電場(chǎng)發(fā)揮作用來改變“熱”載流子的運(yùn)動(dòng)方向，以便與優(yōu)選的“正交”于該硅-硅化物界面的方向?qū)?zhǔn)，允許越來越多的載流子在該肖特基勢(shì)壘上運(yùn)動(dòng)并且添加到所產(chǎn)生的光電流中。也就是說，通過包括一個(gè)偏置場(chǎng)板，可以提供調(diào)節(jié)這些“熱”載流子的方向所需的方向影響，從而協(xié)助這些“熱”載流子在該肖特基勢(shì)壘上的注射。在一個(gè)實(shí)施方案中，對(duì)施加到該場(chǎng)板的實(shí)際電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便更改施加到這些載流子的動(dòng)量上的方向影響，其中這些調(diào)節(jié)也可以使得施加一個(gè)“相反的”方向影響(該“相反的”方向影響減少所產(chǎn)生的光電流)。用一個(gè)施加的電壓“調(diào)諧”響應(yīng)度的能力在將該光電探測(cè)器的性能與該系統(tǒng)中的其他部件匹配時(shí)是有用的。人們還發(fā)現(xiàn)用來形成光電探測(cè)器的硅化物的厚度對(duì)裝置性能起的作用相對(duì)較小，其中一個(gè)厚度達(dá)500A的硅化物層可以在顯著的性能退化范圍以內(nèi)使用。因此，人們發(fā)現(xiàn)該探測(cè)器硅化物可以在用于形成其他硅化物區(qū)域(例如接觸區(qū))的常規(guī)制造過程中形成，并且可以具有與這些其他硅化物區(qū)域相同的厚度和微觀結(jié)構(gòu)并且仍然提供作為一個(gè)功率監(jiān)控探測(cè)器的充分性能。這種方法被認(rèn)為可以顯著地減少探測(cè)器制造過程的總體處理復(fù)雜性，因?yàn)橄嗤墓饪滩襟E以及處理步驟被用于形成該探測(cè)器硅化物層以及其他接觸區(qū)。本發(fā)明的其他以及更多的實(shí)施方案和特征將在以下討論的過程中并且通過參看附圖變得明顯。附圖簡(jiǎn)要說明現(xiàn)在參看以下圖式，其中相同的數(shù)字代表若干視圖中的相同的部分圖I是與一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)、正入射、肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器的操作相關(guān)聯(lián)的能帶圖；圖2是一個(gè)示例性現(xiàn)有技術(shù)基于SOI的硅光電探測(cè)器的剖視側(cè)視圖；圖3是在動(dòng)量空間中與熱電子逃逸相關(guān)聯(lián)的立體角的圖；
圖4是一個(gè)本發(fā)明的示例性的基于SOI的肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器的剖視側(cè)視圖，該基于SOI的肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器在硅化物層上結(jié)合一個(gè)場(chǎng)板；圖5是本發(fā)明探測(cè)器的響應(yīng)度的變化的曲線圖，展示了根據(jù)施加到該場(chǎng)板的電壓來“調(diào)諧”響應(yīng)度的能力。詳細(xì)說明如上所述，本發(fā)明針對(duì)一種基于硅的肖特基勢(shì)壘探測(cè)器，該探測(cè)器包括一個(gè)額外的電極(即，“場(chǎng)板”)來穿過該探測(cè)器的硅化物區(qū)域施加一個(gè)電場(chǎng)，從而增加“熱”載流子(電子或者空穴，取決于硅的傳導(dǎo)性；下文中主要描述為“熱”電子)在該肖特基勢(shì)壘上的運(yùn)動(dòng)并且改進(jìn)該裝置的響應(yīng)度。電場(chǎng)的存在將優(yōu)先以穿過該肖特基勢(shì)壘所需要的方式(即，以正交于該硅化物-硅界面的方向)引導(dǎo)“熱”電子，并且因此增加實(shí)際穿過該勢(shì)壘并且促成光電流的載流子數(shù)量。有利的是，本發(fā)明探測(cè)器的制造過程以及材料仍然與常規(guī)的平面CMOS工藝技術(shù)相兼容，該常規(guī)的平面CMOS工藝技術(shù)與半導(dǎo)體工業(yè)相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明，在一個(gè)SOI結(jié)構(gòu)的亞微米厚平面硅波導(dǎo)表面層(“SOI層”)上形成一個(gè)肖特基勢(shì)壘結(jié)。此肖特基勢(shì)壘結(jié)以此方法形成以致在該平面SOI層內(nèi)沿著一個(gè)波導(dǎo)橫向傳播的光學(xué)信號(hào)(在平行于該結(jié)的方向上行進(jìn))在上覆的硅化物層下面?zhèn)鬟f時(shí)被連續(xù)吸收進(jìn)該上覆的硅化物層中。由于此幾何形狀，即使是一個(gè)相對(duì)薄的硅化物層(例如，幾個(gè)單層厚)在幾微米的距離上也會(huì)吸收很大一部分信號(hào)。場(chǎng)板層(優(yōu)選制造成一個(gè)常規(guī)的CMOS多層金屬化層的金屬區(qū)域)被定位在該探測(cè)器硅化物層上，并且受到一個(gè)施加的電壓控制從而在該探測(cè)器硅化物層上創(chuàng)建一個(gè)電場(chǎng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)創(chuàng)建此電場(chǎng)會(huì)更改“熱”電子的方向，導(dǎo)致較高或者較低(取決于所施加的場(chǎng)的極性)數(shù)量的“熱”電子穿過該肖特基勢(shì)壘并且產(chǎn)生一個(gè)較大的(或者較小的)光電流或者響應(yīng)度。如以下將詳細(xì)描述的，取決于施加到該場(chǎng)板層的電壓相對(duì)于該光電探測(cè)器本身的陽極端子與陰極端子之間的電壓電勢(shì)的極性，可以增加或者減少(總的來說，“調(diào)諧”)該探測(cè)器的響應(yīng)度。首先描述一個(gè)常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)“正入射”肖特基-勢(shì)壘紅外線光電探測(cè)器的基本操作，從而形成區(qū)分本發(fā)明的主題的基礎(chǔ)。參看

圖1，展示了一個(gè)能帶圖來描述這種常規(guī)的肖特基-勢(shì)壘光電探測(cè)器的操作。進(jìn)入的紅外線輻射以正入射方式入射在一個(gè)硅化物層上，并且通過內(nèi)部光電發(fā)射到一個(gè)下覆的硅層中，導(dǎo)致穿過該肖特基勢(shì)壘(限定為具有一個(gè)勢(shì)壘高度0ms)的光電流的激發(fā)。在圖I的安排中，假定該硅層包括一個(gè)n型硅材料。由于硅本身是具有小于硅的帶隙(I. 12eV)的光子能的IR輻射可透過的，所以硅層通過吸收紅外線光子(通過創(chuàng)建電子-空穴對(duì))不促成光電流。具體而言，通過將紅外線光子的能量以及動(dòng)量轉(zhuǎn)移到自由載流子上，將這些紅外線光子吸收進(jìn)該硅化物層中。實(shí)際上，具有足夠能量以及必要的方向性的這些“熱”電子(或者使用一個(gè)P型層時(shí)的“熱”空穴)將越過該肖特基勢(shì)壘并且被注射進(jìn)該硅層中，留下凈正(負(fù))電荷在硅化物電極上。為了改進(jìn)該肖特基勢(shì)壘IR探測(cè)器的探測(cè)對(duì)光通信有興趣的I. 10-1. 65iim波帶中的輻射的性能，先前引用的帕特爾等人的安排提出了使用一個(gè)橫向入射光電探測(cè)器來代替常規(guī)的正入射光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)，形成為一個(gè)SOI結(jié)構(gòu)的整體部分的橫向入射光電探測(cè)器包括一個(gè)亞微米表面層波導(dǎo)。圖2包含根據(jù)帕特爾等人的設(shè)計(jì)形成的一個(gè)示例性肖特基勢(shì)壘IR光電探測(cè)器安排10的側(cè)視圖。如圖2所示，光電探測(cè)器10包括一個(gè)常規(guī)的“絕緣體上硅”(SOI)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一個(gè)硅襯底12、絕緣體層14 (通常由Si02制成)以及一個(gè)平面硅表面層16 (也稱為SOI層16)，其中SOI層16優(yōu)選形成為具有小于一微米的厚度并且用于支持沿著該SOI層16傳播的一個(gè)光模。應(yīng)理解，SOI層16可以包括一個(gè)平面單晶硅或者一個(gè)平面晶體硅(或者Si-Ge)層，該層已經(jīng)被處理成處于一個(gè)“應(yīng)變的”晶格狀態(tài)(該應(yīng)變的硅層通過減少平均自由路徑長度L，顯示載流子的更高的遷移率)。 為了形成肖特基勢(shì)壘所需要的金屬-半導(dǎo)體界面，沿著平面SOI層16的頂面20的一部分布置一個(gè)硅化物條18。實(shí)際上，為待探測(cè)的波長形成一個(gè)適當(dāng)?shù)男ぬ鼗鶆?shì)壘的任一硅化物可用于形成此結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵谝粋€(gè)硅表面上形成一個(gè)硅化物的能力在平面CMOS處理工業(yè)中普遍地被理解了。因此，基于鈷、鎳、鑰、鉭、鎢、以及鈦的硅化物是電信應(yīng)用中最期望的硅化物層(并且還與CMOS工藝相兼容)。可以將硅化物條18形成為一個(gè)單晶(對(duì)某些硅化物是可能的)或者一個(gè)多晶材料。對(duì)于一個(gè)多晶硅化物條，從晶界的散射在確定該探測(cè)器的“增益”系數(shù)方面起一定作用(與該條的厚度相關(guān)聯(lián))。在這種情況下，可以使用眾所周知的裝置控制處理?xiàng)l件，以便優(yōu)化該硅化物中的晶粒形成。向硅化物條18中制造第一電觸點(diǎn)22，從而形成光電探測(cè)器10的第一電極。直接向平面SOI層16沿著其頂面20制造第二電觸點(diǎn)24，其中在圖2中展示了第一和第二觸點(diǎn)22、24。因此，當(dāng)一個(gè)光束沿著平面SOI層16傳播時(shí)，從硅化物條18注射的“熱”電子將導(dǎo)致在第一電觸點(diǎn)22與第二電觸點(diǎn)24之間產(chǎn)生一個(gè)光電流，其中對(duì)此光電流的測(cè)量可隨后用作對(duì)傳播光波信號(hào)的光強(qiáng)度的指示。由于對(duì)于IR光電探測(cè)器利用了這種基于波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，所以可以實(shí)施一種能夠以(甚至高于)室溫操作的裝置(對(duì)現(xiàn)有技術(shù)正入射探測(cè)器是有問題的)。總的來說，響應(yīng)度是通過確定所產(chǎn)生的光電流與進(jìn)入的光強(qiáng)度的比所測(cè)量的裝置的量子效率的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。更具體而言，響應(yīng)度R可以由以下關(guān)系式限定H = Cl,- [I-廣 Ml'
\ 1.24 -1J其中Cl是一個(gè)已知的常數(shù)，A是傳播信號(hào)的自由空間波長，并且Ctms是肖特基勢(shì)
壘的能量。此限制可以參看圖3理解，圖3是對(duì)“熱”電子逃逸進(jìn)入動(dòng)量空間中所需的立體角的繪圖。圖3中展示了能量和動(dòng)量?jī)烧叩牧?。盡管當(dāng)光子入射在該硅化物上時(shí)首先會(huì)創(chuàng)建大量的“熱”電子，但是只有一小部分能量大于并且動(dòng)量在幾乎正交(垂直)于該硅化物-硅界面的方向上的“熱”電子可以穿過該肖特基勢(shì)壘。圖3中的圖展示了與這些“熱”電子的能量E1/2以及動(dòng)量?jī)烧呦嚓P(guān)聯(lián)的向量，其中陰影區(qū)域表示在該“幾乎正交”的區(qū)域中的這些電子的小部分，這些電子的小部分實(shí)際上通過讓其動(dòng)量處于幾乎正交于該界面的方向上，促成該光電流。如圖所示，這個(gè)“幾乎正交”的區(qū)域與正交方向周圍的一個(gè)小范圍的角分布相關(guān)。光電探測(cè)器的響應(yīng)度在限定為所產(chǎn)生的光電流/輸入光學(xué)信號(hào)功率的比時(shí)，明顯地與展示為圖3中的陰影區(qū)域的滿足此“幾乎正交”的角形方向標(biāo)準(zhǔn)(由量2 Jir2(I-CC)s 0 )限定)的熱電子數(shù)量相關(guān)聯(lián)。僅僅增加給予這些載流子的能量不足以增加所產(chǎn)生的光電流(并且因此增加該探測(cè)器的響應(yīng)度)，除非動(dòng)量的方向也是適當(dāng)?shù)?，也就是說，沿著幾乎正交于硅與硅化物之間的界面的一個(gè)方向。因此，根據(jù)本發(fā)明，使用該場(chǎng)板配置來施加一個(gè)外部電場(chǎng)到該探測(cè)器的硅化物區(qū)域，以便影響這些“熱”電子的動(dòng)量的方向。圖4展示了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明形成的示例性的基于硅的光電探測(cè)器30，這種光電探測(cè)器可以解決帕特爾等人的裝置的這些限制。對(duì)應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)帕特爾等人的結(jié)構(gòu)的元件具 有相同的參考數(shù)字。如圖4所示，光電探測(cè)器30進(jìn)一步包括一個(gè)場(chǎng)板32，該場(chǎng)板布置在硅化物條18上方并且與其分離。一個(gè)電介質(zhì)區(qū)34將場(chǎng)板32與硅化物條18分離。有利的是，場(chǎng)板32很容易合并到用于制造光電子裝置的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中，其中場(chǎng)板32可以合并到與制造標(biāo)準(zhǔn)“金屬I”或者“金屬2”層相關(guān)聯(lián)的處理步驟中。此外，如上文所提到的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)硅化物條18本身可以在一組常規(guī)的工藝步驟過程中制造，無需“更改”該工藝來創(chuàng)建一個(gè)超薄的硅化物條。此額外實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步簡(jiǎn)化了總體裝置制造過程。根據(jù)本發(fā)明，施加一個(gè)電壓Vf到場(chǎng)板32，這將誘發(fā)穿過硅化物條18的一個(gè)電場(chǎng)。如上文所討論的，該電場(chǎng)的存在將影響這些“熱”電子的動(dòng)量的方向，并且允許更大量的“熱”電子從肖特基勢(shì)壘上逃逸，并且增加所產(chǎn)生的光電流。穿過硅化物條18所施加的場(chǎng)將優(yōu)先地將這些“熱”電子的動(dòng)量的方向轉(zhuǎn)移到正交于該硅-硅化物界面的方向，這是載流子在勢(shì)壘上的所期望的運(yùn)動(dòng)方向。請(qǐng)注意，場(chǎng)板32與硅化物條18之間的垂直間隔S會(huì)影響該裝置的響應(yīng)度。具體而言，場(chǎng)板32與硅化物條18越接近，創(chuàng)建相同強(qiáng)度電場(chǎng)所需要的施加電壓越小。然而，如果將場(chǎng)板32定位得太接近該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)將吸收一部分傳播信號(hào)，降低光電探測(cè)器30的靈敏度。如上文所提到的，將用作場(chǎng)板32的一個(gè)優(yōu)選的金屬層是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝的“金屬I”層；但是也可以使用一個(gè)“金屬”2層。硅化物條18與場(chǎng)板32之間的間距優(yōu)選近似于0. 2-2. Oy m，其中一個(gè)優(yōu)選的最小間距近似于大約0. 4iim。圖5是所產(chǎn)生的光電流針對(duì)三個(gè)不同的Vf值隨著偏壓(V。- Va)變化的圖。在曲線A中，VF〈VA ;在曲線B中，Vf=Va ;并且在曲線C中，VF>VA。曲線B與現(xiàn)有技術(shù)安排相關(guān)聯(lián)，其中施加到場(chǎng)板32的電壓不沿著硅化物條18創(chuàng)建電場(chǎng)。參看曲線A，如果電壓Vf被選擇為小于陽極24 (與SOI層16的觸點(diǎn))上存在的電壓，則沿著硅化物條18所創(chuàng)建的電場(chǎng)將“添力口”到現(xiàn)有的場(chǎng)，并且因此將額外的“熱”電子的動(dòng)量調(diào)節(jié)到處于實(shí)質(zhì)上正交于該材料界面的方向上。隨后，這些額外的“熱”電子將從肖特基勢(shì)壘上逃逸并且添加到所創(chuàng)建的光電流中。如圖5所示，通過調(diào)節(jié)Vf的值，可以“調(diào)諧”所施加的電場(chǎng)對(duì)“熱”電子在勢(shì)壘上的運(yùn)動(dòng)的影響。實(shí)際上，可以施加一個(gè)電壓到場(chǎng)板32上，該電壓實(shí)際上從標(biāo)稱值中減去并且降低光電探測(cè)器30的響應(yīng)度。降低響應(yīng)度在需要將該響應(yīng)度與其他系統(tǒng)部件“匹配”的情況下可能是所期望的?？傮w而言，由于施加一個(gè)可調(diào)諧的電壓到場(chǎng)板32上，所以可以調(diào)諧本發(fā)明的光電探測(cè)器的響應(yīng)度。該調(diào)諧最初可以在制造時(shí)執(zhí)行，以便提供一個(gè)期望的響應(yīng)度值，或者可以作為一個(gè)“可調(diào)諧的”元件存在于成品裝置中，該“可調(diào)諧的”元件能夠隨著時(shí)間在不同的安裝中受到調(diào)節(jié)。盡管已經(jīng)在一個(gè)實(shí)施方案中描述了本發(fā)明光電探測(cè)器，在該實(shí)施方案中“熱”電子是負(fù)責(zé)產(chǎn)生光電流的載流子，但是應(yīng)理解，“熱”空穴可以是在一個(gè)利用P摻雜硅的安排中創(chuàng)建光電流的載流子(并且施加到該場(chǎng)板的電壓的極性因此受到調(diào)節(jié) )。因此，考慮到上文全部?jī)?nèi)容，本發(fā)明旨在僅受附加在此的權(quán)利要求書的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種基于硅的紅外線光電探測(cè)器，集成到具有一個(gè)光學(xué)波導(dǎo)的一個(gè)絕緣體上硅(SOI)襯底上，該SOI襯底包括一個(gè)平面SOI表面層，該基于硅的紅外線光電探測(cè)器包括 一個(gè)金屬條，該金屬條沿著一個(gè)光學(xué)信號(hào)沿著該光學(xué)波導(dǎo)傳播的方向布置在該平面SOI表面層的一部分上，該金屬條與該光學(xué)波導(dǎo)形成一個(gè)肖特基勢(shì)壘； 一個(gè)第一歐姆觸點(diǎn)，該第一歐姆觸點(diǎn)布置在該平面SOI表面層上、在一個(gè)第一接觸區(qū)上； 一個(gè)第二歐姆觸點(diǎn)，該第二歐姆觸點(diǎn)布置在該金屬條上、在一個(gè)第二接觸區(qū)上；以及 一個(gè)場(chǎng)板電極，該場(chǎng)板電極布置在該金屬條上并且與該金屬條分離，其中施加一個(gè)電壓到該場(chǎng)板電極可以更改沿著該金屬條的電場(chǎng)，以便優(yōu)先地引導(dǎo)熱載流子的動(dòng)量，影響穿過該肖特基勢(shì)壘的熱導(dǎo)體的數(shù)量，這又會(huì)更改由該基于硅的紅外線光電探測(cè)器產(chǎn)生的光電流。
2.如權(quán)利要求I所述的基于硅的紅外線光電探測(cè)器，其中施加到該場(chǎng)板的電壓的極性受到控制，以優(yōu)先在一個(gè)相對(duì)于平面SOI表面層與該金屬條之間的界面幾乎正交的方向上引導(dǎo)熱載流子的動(dòng)量，增加穿過該肖特基勢(shì)壘的熱載流子的數(shù)量。
3.如權(quán)利要求I所述的基于硅的紅外線光電探測(cè)器，其中施加到該場(chǎng)板的電壓是可調(diào)諧的，以便調(diào)節(jié)穿過該肖特基勢(shì)壘的熱導(dǎo)體的數(shù)量，并且因此調(diào)節(jié)該光電探測(cè)器的靈敏度。
4.如權(quán)利要求I所述的基于硅的紅外線光電探測(cè)器，其中該金屬條包括一個(gè)在常規(guī)的CMOS處理過程中布置的硅化物材料層。
5.如權(quán)利要求4所述的基于娃的紅外線光電探測(cè)器,其中該娃化物材料層作為一個(gè)單個(gè)步驟處理，其中將一個(gè)硅化物區(qū)域用作一個(gè)觸點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求I所述的基于娃的紅外線光電探測(cè)器，其中該場(chǎng)板電極包括一個(gè)在常規(guī)的CMOS處理過程中布置的第一導(dǎo)體層的一部分。
7.如權(quán)利要求I所述的基于硅的紅外線光電探測(cè)器，其中該場(chǎng)板電極包括一個(gè)在常規(guī)的CMOS處理過程中布置的第二導(dǎo)體層的一部分。
8.如權(quán)利要求I所述的基于硅的紅外線光電探測(cè)器，其中該平面SOI層是n摻雜的并且這些“熱”載流子包括“熱”電子。
9.如權(quán)利要求I所述的基于硅的紅外線光電探測(cè)器，其中該平面SOI層是p摻雜的并且這些“熱”載流子包括“熱”空穴。
10.如權(quán)利要求I所述的基于硅的紅外線光電探測(cè)器，其中該場(chǎng)板電極與該金屬條分離不超過2 的距離。
11.如權(quán)利要求I所述的基于硅的紅外線光電探測(cè)器，其中該場(chǎng)板電極與該金屬條分離不小于0. 2iim的距離。
12.如權(quán)利要求I所述的基于硅的紅外線光電探測(cè)器，其中該場(chǎng)板電極與該金屬條分離大約0. 4iim的距離。
全文摘要
一種平面的、基于波導(dǎo)的硅肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器包括一個(gè)場(chǎng)板形式的第三端子，以便改進(jìn)該探測(cè)器的響應(yīng)度。優(yōu)選的是，在一個(gè)處理步驟過程中形成用于探測(cè)區(qū)域的硅化物，在該處理步驟中正在形成其他硅化物接觸區(qū)。該場(chǎng)板優(yōu)選形成為CMOS金屬化的第一或者第二層的一部分，并且由一個(gè)施加電壓控制，以便更改在該探測(cè)器的硅化物層附近的電場(chǎng)。通過更改該電場(chǎng)，可以“調(diào)諧”該裝置的響應(yīng)度，從而相對(duì)于該裝置的肖特基勢(shì)壘調(diào)節(jié)“熱”載流子(電子或者空穴，取決于硅的傳導(dǎo)性)的動(dòng)量。所施加的電勢(shì)發(fā)揮作用來在優(yōu)選的“正交”于該硅-硅化物界面的方向上與這些“熱”載流子的動(dòng)量的方向?qū)?zhǔn)，允許增加的數(shù)量的“熱”載流子在該肖特基勢(shì)壘上運(yùn)動(dòng)并且添加到所產(chǎn)生的光電流中。
文檔編號(hào)H01L31/09GK102782880SQ201180012674
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者克里斯多佛·J·朗, 威普庫馬·帕特爾, 普拉卡什·約托斯卡, 馬克·韋伯斯特 申請(qǐng)人:光導(dǎo)束有限責(zé)任公司