Resumen
Method for manufacturing infrared photosensitive semiconductor material based on microstructured, hyperdoped crystalline silicon and compatible with CMOS technology. Infrared (IR) detectors are currently expensive due to the limitations of their detection technology. The present invention reveals an optimized process for obtaining a high-quality, deep-center, hyperdoped, microstructured silicon material that allows for the fabrication of materials and structures suitable for integration into IR detectors. It combines an optimized sequence of physical and chemical processes with a rotatable, tiltable substrate carrier, functionally adapted for implantation on non-planar topographies, and which simultaneously prevents channeling in crystalline structures. The resulting material possesses properties that make it a viable solution for developing efficient, scalable, and low-cost infrared detectors that can be integrated into CMOS technology. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)
Reivindicaciones
1. REIVINDICACIONES 1. Método de fabricación de material semiconductor fotosensible al infrarrojo basado en silicio microestructurado e hiperdopado que comprende: f) Microestructurar una superficie de silicio cristalino mediante irradiación con láser en femtosegundos en una atmósfera inerte; g) Realizar un proceso de recocido térmico rápido (RTA) a alta temperatura en atmósfera inerte; h) Eliminar las decoraciones superficiales ricas en óxido de silicio mediante un ataque químico selectivo; i) Realizar una implantación iónica de impurezas generadoras de los niveles energéticos profundos; y j) Aplicar un fundido láser pulsado de nanosegundos para activar eléctricamente las impurezas y recristalizar la superficie implantada; donde la implantación iónica de impurezas se realiza utilizando un portasustratos inclinado que puede rotar con una velocidad angular tal que evita el efecto sombra en superficies microestructuradas y el efecto de acanalamiento en las estructuras cristalinas, simultáneamente. 2. Método, según reivindicación 1, donde la irradiación con láser en femtosegundos se realiza en una atmósfera de aire, con una duración de pulso entre 50 fs y 500 fs, una frecuencia de repetición de 1 kHz a 1 MHz, una energía de pulso entre 0.8 J/cm<2>y 2.4 J/cm<2>y un número de pulsos entre 50 y 1400. 3. Método, según reivindicaciones anteriores, donde el silicio microestructurado por la irradiación con láser con femtosegundos presenta una relación de aspecto de microestructuras cónicas en su superficie igual o superior a 2:1. 4. Método, según reivindicación 3, donde la relación de aspecto altura/anchura de microestructuras cónicas en su superficie está comprendida entre 2:1 y 5:1. 5. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el recocido térmico rápido (b) se realiza a una temperatura comprendida entre 800 y 1000°C durante un tiempo entre 30 segundos y 3 minutos en atmósfera inerte de argón o nitrógeno. 6. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el ataque químico (c) se realiza con una solución tampón BOE (mezcla de HF y NH<4>F en proporción 7:1) durante un tiempo de 30 segundos a 5 minutos. 7. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la implantación iónica (d) se realiza con energías comprendidas entre 10 keV y 500 keV. 8. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las impurezas implantadas se seleccionan entre titanio (Ti), azufre (S), selenio (Se), telurio (Te), oro (Au), fósforo (P), arsénico (As), boro (B), antimonio (Sb), vanadio (V) y cromo (Cr). 9. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el rango de concentración de impurezas profundas implantadas está entre 10<14>y 10<22>átomos/cm<3>. 10. Método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el portasustratos giratorio es acoplable a implantadores iónicos que disponen de inclinación variable del portasustratos, y se encuentra inclinado a un ángulo entre 5° y 10° respecto al haz de iones y gira a una velocidad angular entre 0,1 rpm y 100 rpm. 11. Material semiconductor sensible al infrarrojo que comprende silicio cristalino microestructurado con reflectancia superficial reducida, inferior al 10 % en el rango de longitudes de onda comprendido entre 400 nm y 1100 nm, y desde un porcentaje inferior al 20 % hasta el 40% en el rango de 1100 nm a 2500 nm, e hiperdopado con una concentración total comprendida entre 10¹⁴ y 10²² átomos/cm³. 12. Material, según reivindicación 11, donde las impurezas implantadas se seleccionan entre titanio (Ti), azufre (S), selenio (Se), telurio (Te), oro (Au), fósforo (P), arsénico (As), boro (B), antimonio (Sb), vanadio (V) y cromo (Cr). 13. Material, según reivindicaciones 11 y 12, que presenta una absorción extendida en el rango de infrarrojo hasta, al menos, 2500 nm. 14. Fotodetector de radiación infrarroja caracterizado por que comprende el material reivindicado dispuesto sobre un sustrato de silicio. 15. Fotodetector, según reivindicación 14, donde el material está integrado monolíticamente con circuitería de lectura CMOS. 16. Fotodetector, según reivindicaciones 14 y 15, que comprende adicionalmente una capa anti-reflectante y/o una capa de pasivación superficial seleccionada entre Si<3>N<4>, SiO<2>o GeO<2.> 17. Fotodetector, según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, que presenta una eficiencia cuántica externa superior al 1% en el rango de 1200 nm a 2000 nm a temperatura ambiente.
