一种选择性发射极锑化镓红外电池及其制备方法

摘要

本发明公开了一种选择性发射极锑化镓红外电池及其制备方法，包括锌扩散法制备PN结、制备电极、表面钝化、制备减反射层等步骤；特征是采用锌-镓合金作为扩散源进行密封式锌扩散在N型锑化镓晶片中形成仅具有单扩散前沿的锌浓度曲线。采用本发明的方法可以有效遏制扩散后锑化镓晶片表面的高浓度扩散层，解决传统扩散过程后精确腐蚀难以控制的问题；采用本发明的方法在制备PN结的过程中不需要通入任何保护气体，降低了锑化镓电池的成本；采用本发明方法制备的本发明的选择性发射极锑化镓红外电池，其内部的单扩散前沿锌曲线通过扩散直接形成，无需采用腐蚀过程，因此其电学输出性能稳定，可用于红外光电转换系统中作为电能转换元件。

主权项

一种选择性发射极锑化镓红外电池的制备方法，包括锑化镓晶片清洗、晶片正面周边制备二氧化硅扩散保护层、采用锌扩散法制备PN结、去除背面与周边P型层、制备电极、表面钝化、制备减反射层；其特征在于：采用锌‑镓合金作为扩散源进行密封式锌扩散在N型锑化镓晶片中形成仅具有单扩散前沿的锌浓度曲线，具体包括如下步骤：第一步、将含碲Te浓度为2～7×10¹⁷cm^‑3，<100>晶向的N型锑化镓晶片先后依次置入二甲苯、丙酮和乙醇中进行清洗，然后用质量比浓度为5～20％的稀盐酸去除晶片表面的氧化物，最后在去离子水中清洗后用氮气吹干；第二步、在晶片上采用等离子体化学气相沉积法沉积一层0.11μm厚的二氧化硅层，然后采用光刻工艺定义出晶片中心的扩散区域，并将此中心区域的二氧化硅层用腐蚀液浸泡去除，得到可用来进行锌扩散的锑化镓晶片，即扩散预备锑化镓晶片；该用来浸泡去除二氧化硅的腐蚀液为常规配方，即按氢氟酸3ml：氟化铵6g：去离子水10ml进行配比；第三步、将第二步中制备得到的扩散预备锑化镓晶片以及扩散源锌‑镓合金放入扩散炉内的石英管中，抽真空至5～10Pa，通入流量为1～3L/min的氩气至石英管内压力恢复至一个大气压；然后关闭氩气阀门继续抽真空至5～10Pa，关闭连接真空泵的阀门保持石英管内的真空状态，以5～10℃/min的升温速率升至450～500℃，保持上述温度范围中某一温度点1～3h，使锌蒸汽扩散进入晶片内部；当扩散炉内维持这一恒定温度点的高温过程结束后，打开扩散炉顶盖，采用扩散炉中内置的风扇进行快速冷却至室温以结束扩散过程，之后取出扩散后的锑化镓晶片，即为内部仅具有单扩散前沿锌曲线的N型锑化镓晶片；第四步、采用旋涂技术将第三步中得到的仅具有单扩散前沿锌曲线的N型锑化镓晶片正面用光刻胶保护起来，浸入配比为酒石酸3.5g：双氧水4mL：氢氟酸1mL：去离子水400mL的用来去除晶片周边与背面的P型层的腐蚀液中1～3min，然后用丙酮溶液浸泡去除光刻胶；然后以此为基底采用磁控溅射的方法制备成电池的电极：首先依次在此基底的背面沉积Ti50nm/Pt50nm/Ag250nm作为背面电极，并在1～10×10^‑4Pa的真空度条件下加热至280℃，保持10min；然后在此基底的正面用光刻工艺定义出需要沉积电极的区域，即裸露出需要制备电极的区域而将产生光电效应的区域用光刻胶覆盖，然后在此基底的正面依次沉积Pt50nm/Ag250nm作为正面电极，最后采用剥离‑浮脱技术将电池正面产生光电效应区域的薄膜层去除，制备出电池的上下电极；第五步、将制备好上下电极后的锑化镓电池放入硫化铵溶液中浸泡5～10min，进行表面钝化；第六步、采用等离子体化学气相沉积法在电池正面沉积一层0.15μm的氮化硅层作为减反射膜，即得到选择性发射极锑化镓红外电池。