“鎵敏光電”國際首發寬禁帶半導體EUV極紫外探測器

探測波段在200 nm以下的真空紫外(VUV)探測器與極紫外(EUV)探測器是我國在高端制造產業與科學研究領域急需的關鍵部件。近年來,隨著大規模集成電路制造技術的飛速發展,光刻技術經歷了從浸沒式深紫外光刻到EUV光刻的發展歷程。在22/16 nm節點,芯片制造商仍普遍使用193 nm ArF浸沒式光刻+多重曝光成像技術,但多重成像技術面臨成本顯著上升及良率、產量下降等嚴重問題。由此,自7/5 nm節點起,芯片生產則主要采用波長更短的EUV光刻技術。為了突破技術封鎖和芯片斷供風險,近年來我國把發展自主可控高端光刻機作為科技發展的重中之重;而無論是現階段仍廣泛使用的193 nm 紫外光刻機,還是采用13.5 nm 極紫外光源的第五代EUV光刻機,短波紫外探測器均是其中的核心部件。為保證成像質量,必須嚴格控制最終投影到晶圓片上的輻照劑量;因此,需要定期或實時使用高性能短波紫外探測器對入射光的強度和均勻性進行監測。此外,半導體EUV探測器在大科學裝置、太陽風觀測、地球等離子體物理以及工業測量等領域都具有重要的應用。

圖1:EUV光譜波長與頻率范圍分布

我國在半導體短波紫外探測器領域的產業化基礎薄弱,200 nm以下紫外光輻照劑量監控和定標長期依靠進口探測器件,不僅受到西方國家的技術封鎖,而且時刻存在斷供風險。為了突破這一困境,南京大學寬禁帶半導體團隊在陸海和張榮教授的領導下,自2011年起就開展了200 nm以下短波紫外探測器的研制工作,于2013年首先實現了探測波長低至140 nm 的大感光面寬禁帶AlGaN基VUV探測器,這是國內公開報道的第一只半導體真空紫外探測器;在此基礎上,該團隊進一步發展了探測波長低至5 nm的高量子效率EUV探測器技術,并通過其團隊創建的產業化公司“蘇州鎵敏光電科技有限公司”(鎵敏光電)成功進行了技術轉化。經過多輪量產型芯片工藝開發與改進,以及系列工業級可靠性驗證,“鎵敏光電”于2021年10月首次發布4款VUV和EUV探測器芯片產品,分別面向193 nm和13.5 nm紫外光源輻照能量監測,并已開始向國內外若干大型公司批量供貨。

在此次產品發布以前,國際上僅有美國Opto Diode公司可提供半導體真空紫外探測器和極紫外探測器產品,是基于特殊的Si基器件工藝。但是Si材料抗輻射能力弱、溫度穩定性差和易受背景光干擾等固有缺點限制了Si基EUV探測器的進一步發展。以GaN和SiC為代表的寬禁帶半導體材料因其可見光盲、高穩定性和抗輻照等系列性能優勢,是制備新一代短波EUV探測器的優選材料。不同于傳統Si材料技術路線,“鎵敏光電”此次發布的VUV和EUV探測器芯片產品就是基于新型寬禁帶SiC半導體材料,不僅暗電流低、量子效率高,而且根據已有的可靠性測試數據,未出現Si基探測器在高劑量深紫外光輻照下的性能退化問題。這一自主創新產品突破了現行的技術框架,必將對我國相關領域的技術進步起到重要推動作用。

圖2:“鎵敏光電”新發布的幾款VUV和EUV紫外探測器產品

“蘇州鎵敏光電科技有限公司”是由南京大學寬禁帶半導體團隊創辦的產業化公司,專業研發和生產新一代的高靈敏度紫外探測器件與應用模塊,并提供與紫外探測相關的技術咨詢與解決方案。“鎵敏光電”在國內最早實現寬禁帶半導體GaN和SiC紫外探測芯片的產業化,產品已批量應用于紫外消毒劑量監測、火焰探測、水質檢測、氣體污染物檢測、生化體液檢測、紫外固化過程監控,以及太陽紫外線指數監測等諸多領域。

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