南大“镓敏光电”团队：国际首发宽禁带半导体EUV紫外探测器产品
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探测波段在200 nm以下的真空紫外（VUV）探测器与极紫外（EUV）探测器是我国在高端制造产业与科学研究领域急需的关键部件。近年来，随着大规模集成电路制造技术的飞速发展，光刻技术经历了从浸没式深紫外光刻到EUV光刻的发展历程。在22/16 nm节点，芯片制造商仍普遍使用193 nm ArF浸没式光刻 多重曝光成像技术，但多重成像技术面临成本显著上升及良率、产量下降等严重问题。由此，自7/5 nm节点起，芯片生产则主要采用波长更短的EUV光刻技术。为了突破技术封锁和芯片断供风险，近年来我国把发展自主可控高端光刻机作为科技发展的重中之重；而无论是现阶段仍广泛使用的193 nm 紫外光刻机，还是采用13.5 nm 极紫外光源的第五代EUV光刻机，短波紫外探测器均是其中的核心部件。为保证成像质量，必须严格控制最终投影到晶圆片上的辐照剂量；因此，需要定期或实时使用高性能短波紫外探测器对入射光的强度和均匀性进行监测。此外，半导体EUV探测器在大科学装置、太阳风观测、地球等离子体物理以及工业测量等领域都具有重要的应用。
图1：EUV光谱波长与频率范围分布
我国在半导体短波紫外探测器领域的产业化基础薄弱，200 nm以下紫外光辐照剂量监控和定标长期依靠进口探测器件，不仅受到西方国家的技术封锁，而且时刻存在断供风险。为了突破这一困境，南京大学宽禁带半导体团队在陆海和张荣教授的领导下，自2011年起就开展了200 nm以下短波紫外探测器的研制工作，于2013年首先实现了探测波长低至140 nm 的大感光面宽禁带AlGaN基VUV探测器，这是国内公开报道的第一只半导体真空紫外探测器；在此基础上，该团队进一步发展了探测波长低至5 nm的高量子效率EUV探测器技术，并通过其团队创建的产业化公司“苏州镓敏光电科技有限公司”（镓敏光电）成功进行了技术转化。经过多轮量产型芯片工艺开发与改进，以及系列工业级可靠性验证，“镓敏光电”于2021年10月首次发布4款VUV和EUV探测器芯片产品，分别面向193 nm和13.5 nm紫外光源辐照能量监测，并已开始向国内外若干大型公司批量供货。
在此次产品发布以前，国际上仅有美国Opto Diode公司可提供半导体真空紫外探测器和极紫外探测器产品，是基于特殊的Si基器件工艺。但是Si材料抗辐射能力弱、温度稳定性差和易受背景光干扰等固有缺点限制了Si基EUV探测器的进一步发展。以GaN和SiC为代表的宽禁带半导体材料因其可见光盲、高稳定性和抗辐照等系列性能优势，是制备新一代短波EUV探测器的优选材料。不同于传统Si材料技术路线，“镓敏光电”此次发布的VUV和EUV探测器芯片产品就是基于新型宽禁带SiC半导体材料，不仅暗电流低、量子效率高，而且根据已有的可靠性测试数据，未出现Si基探测器在高剂量深紫外光辐照下的性能退化问题。这一自主创新产品突破了现行的技术框架，必将对我国相关领域的技术进步起到重要推动作用。
图2：“镓敏光电”新发布的几款VUV和EUV紫外探测器产品
“苏州镓敏光电科技有限公司”（www.GaNo-Opto.com）是由南京大学宽禁带半导体团队创办的产业化公司，专业研发和生产新一代的高灵敏度紫外探测器件与应用模块，并提供与紫外探测相关的技术咨询与解决方案。“镓敏光电”在国内最早实现宽禁带半导体GaN和SiC紫外探测芯片的产业化，产品已批量应用于紫外消毒剂量监测、火焰探测、水质检测、气体污染物检测、生化体液检测、紫外固化过程监控，以及太阳紫外线指数监测等诸多领域。
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