一種集成鍺電阻溫度傳感器的矽基光子晶片的製作方法

2023-05-27 03:32:26

本發明涉及光通信集成器件和光傳感器件領域，具體涉及一種集成鍺電阻溫度傳感器的矽基光子晶片。

背景技術：

矽基光子晶片具備與標準半導體工藝兼容、成本低以及集成度高等優點，逐漸被業界廣泛採用。但是，矽材料的折射率隨溫度變化敏感，當溫度變化時，矽基光子晶片的性能也會受到影響，因此，需要在矽基光子晶片中集成溫度傳感器，實時監控溫度的變化。

現有的矽基光子晶片通常製作在SOI(Silicon On Insulator，絕緣襯底上的矽)晶圓上，導致傳統的溫度傳感器與矽基光子晶片的製作工藝不兼容。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是解決傳統的溫度傳感器與矽基光子晶片的製作工藝不兼容的問題。

為了解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是提供一種集成鍺電阻溫度傳感器的矽基光子晶片，所述矽基光子晶片集成的鍺電阻溫度傳感器製作在SOI晶圓上，所述鍺電阻溫度傳感器設置在靠近待測矽基光波導的一側，所述鍺電阻溫度傳感器的電阻隨著檢測到的所述待測矽基光波導的溫度變化而變化。

在上述技術方案中，所述鍺電阻溫度傳感器的底層為矽襯底，所述矽襯底上為二氧化矽層，所述二氧化矽層的上表面的中部設有重摻雜矽層，所述重摻雜矽層的上表面的中部設有梯形結構的鍺層；

所述重摻雜矽層的上表面的兩端設有與兩個第一電極接觸的兩個第一通孔，所述鍺層的上底的外表面設有與第二電極接觸的第二通孔，所述二氧化矽層、重摻雜矽層、鍺層、第一通孔、第二通孔以及第一電極和第二電極之間形成的空間填充有覆蓋二氧化矽層，所述第一電極與第二電極之間的電阻為所述鍺電阻溫度傳感器的電阻。

在上述技術方案中，所述鍺層的兩個側面設有覆蓋多晶矽層，所述鍺層的上底的外表面設有重摻雜的覆蓋多晶矽層，所述第一電極經所述第一通孔與所述重摻雜矽層和鍺層接觸，所述第二電極經所述第二通孔與所述重摻雜的覆蓋多晶矽層和鍺層接觸。

在上述技術方案中，所述鍺層的上底的內表面設有重摻雜鍺層，所述第一電極經所述第一通孔與所述重摻雜矽層和鍺層接觸，所述第二電極經所述第二通孔與所述重摻雜鍺層和鍺層接觸。

在上述技術方案中，所述鍺電阻溫度傳感器的底層為矽襯底，所述矽襯底上為二氧化矽層，所述二氧化矽層的上表面的中部設有鍺層和設置在所述鍺層兩側的重摻雜矽層，一側的所述重摻雜矽層的上表面設有與第一電極接觸的第一通孔，另一側的所述重摻雜矽層的上表面設有與第二電極接觸的第二通孔，所述二氧化矽層、重摻雜矽層、鍺層、第一通孔、第二通孔以及第一電極和第二電極之間形成的空間填充有覆蓋二氧化矽層；

所述第一電極經所述第一通孔與一側的所述重摻雜矽層和鍺層接觸，所述第二電極經所述第二通孔與另一側的所述重摻雜矽層和鍺層接觸，所述第一電極與第二電極之間的電阻為所述鍺電阻溫度傳感器的電阻。

在上述技術方案中，所述鍺電阻溫度傳感器的電阻表示為：

R(T)＝R0exp(T0/T)；

其中，R0表示溫度為T0時，所述鍺電阻溫度傳感器的電阻，T0為25℃；R(T)表示溫度為T時，所述鍺電阻溫度傳感器的電阻。

在上述技術方案中，所述鍺層的厚度大於300nm，小於1μm。

在上述技術方案中，加載在所述第一電極與第二電極之間的電壓大於1V，小於5V。

在上述技術方案中，所述重摻雜矽層、重摻雜的覆蓋多晶矽層和重摻雜鍺層為P型摻雜或N型摻雜。

在上述技術方案中，所述重摻雜矽層、重摻雜的覆蓋多晶矽層和重摻雜鍺層的摻雜濃度大於1018。

本發明利用鍺材料，在矽基光子晶片中集成鍺電阻溫度傳感器，該鍺電阻溫度傳感器能夠通過矽基光子晶片常規工藝實現，與矽基光子晶片的製作工藝兼容，能夠大規模生產，大大降低了成本。

附圖說明

圖1為本發明提供的一種集成鍺電阻溫度傳感器的矽基光子晶片結構示意圖；

圖2為本發明中實施例1的鍺電阻溫度傳感的結構示意圖；

圖3為本發明中實施例2的鍺電阻溫度傳感的結構示意圖；

圖4為本發明中實施例3的鍺電阻溫度傳感的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖和具體實施方式對本發明做出詳細的說明。

本發明提供了一種集成鍺電阻溫度傳感器的矽基光子晶片，如圖1所示，矽基光子晶片集成的鍺電阻溫度傳感器14製作在SOI晶圓上，鍺電阻溫度傳感器14設置在靠近待測矽基光波導13的一側，鍺電阻溫度傳感器14的電阻隨著檢測到的待測矽基光波導13的溫度變化而變化。

實施例1。

如圖2所示，鍺電阻溫度傳感器14的底層為矽襯底1，矽襯底1上為二氧化矽層2，二氧化矽層2的上表面的中部設有重摻雜矽層3，重摻雜矽層3的上表面的中部設有梯形結構的鍺層4，鍺層4的兩個側面設有覆蓋多晶矽層7，鍺層4的上底的外表面設有重摻雜的覆蓋多晶矽層6，重摻雜矽層3的上表面的兩端設有與兩個第一電極10接觸的兩個第一通孔5，重摻雜的覆蓋多晶矽層6的上表面的中部設有與第二電極11接觸的第二通孔8，二氧化矽層2、重摻雜矽層3、第一通孔5、重摻雜的覆蓋多晶矽層6、覆蓋多晶矽層7、第二通孔8以及第一電極10和第二電極11之間形成的空間填充有覆蓋二氧化矽層9。

第一電極10經由第一通孔5與重摻雜矽層3和鍺層4接觸，第二電極11經由第二通孔8與重摻雜的覆蓋多晶矽層6和鍺層4接觸，第一電極10與第二電極11之間的電阻即為鍺電阻溫度傳感器14的電阻。

實施例2。

如圖3所示，鍺電阻溫度傳感器14的底層為矽襯底1，矽襯底1上為二氧化矽層2，二氧化矽層2的上表面的中部設有重摻雜矽層3，重摻雜矽層3的上表面的中部設有梯形結構的鍺層4，鍺層4的上底的內表面設有重摻雜鍺層12，重摻雜矽層3的上表面的兩端設有與兩個第一電極10接觸的兩個第一通孔5，重摻雜鍺層12的上表面的中部設有與第二電極11接觸的第二通孔8，二氧化矽層2、重摻雜矽層3、鍺層4、第一通孔5、重摻雜鍺層12、第二通孔8以及第一電極10和第二電極11之間形成的空間填充有覆蓋二氧化矽層9。

第一電極10經由第一通孔5與重摻雜矽層3和鍺層4接觸，第二電極11經由第二通孔8與重摻雜鍺層12和鍺層4接觸，第一電極10與第二電極11之間的電阻即為鍺電阻溫度傳感器14的電阻。

實施例3。

如圖4所示，鍺電阻溫度傳感器14的底層為矽襯底1，矽襯底1上為二氧化矽層2，二氧化矽層2的上表面的中部設有鍺層4和設置在鍺層4兩側的重摻雜矽層3，一側的重摻雜矽層3的上表面設有與第一電極10接觸的第一通孔5，另一側的重摻雜矽層3的上表面設有與第二電極11接觸的第二通孔8，二氧化矽層2、重摻雜矽層3、鍺層4、第一通孔5、第二通孔8以及第一電極10和第二電極11之間形成的空間填充有覆蓋二氧化矽層9。

第一電極10經由第一通孔5與一側的重摻雜矽層3和鍺層4的接觸，第二電極11經由第二通孔8與另一側的重摻雜矽層3和鍺層4的接觸，第一電極10與第二電極11之間的電阻即為鍺電阻溫度傳感器14的電阻。

在本發明中，鍺電阻溫度傳感器14的電阻表示為：

R(T)＝R0exp(T0/T)；

其中，R0表示溫度為T0(通常為25℃)時，鍺電阻溫度傳感器14的電阻；R(T)表示溫度為T時，鍺電阻溫度傳感器14的電阻。

在本發明中，鍺層4的厚度大於300nm，小於1μm；重摻雜矽層3、重摻雜的覆蓋多晶矽層6和重摻雜鍺層12為P型摻雜或N型摻雜，且摻雜濃度大於1018；為避免鍺層4的電流過大，加載在第一電極10與第二電極11之間的電壓大於1V，小於5V。

本發明不局限於上述最佳實施方式，任何人在本發明的啟示下作出的結構變化，凡是與本發明具有相同或相近的技術方案，均落入本發明的保護範圍之內。