多波段可见光至近红外焦平面探测器的制备方法技术

一种多波段可见光至近红外的焦平面探测器的制备方法，包括：步骤1：在一InP衬底上依次生长牺牲层、N接触层、光吸收层和帽层；步骤2：从帽层的一侧向下刻蚀，刻蚀深度达到N接触层，便于电极引出；步骤3：在接触层和帽层上生长图形金属电极，并在电极上生长铟柱，得到探测器芯片；步骤4：取一个读出电路，将探测器芯片与读出电路倒扣，得到一个焦平面模块；步骤5：对焦平面模块的背面，去除衬底和牺牲层；步骤6：在N接触层上生长SiO2介质膜，图形化制备多层分光透光膜，形成多波段可见光至近红外焦平面探测器。本发明专利技术具有工艺简单，产品成像速度快，成本低的优点，其解决了集成度低的问题。

Fabrication of multi-band visible-to-near infrared focal plane detectors

The preparation method of a multi-band focal plane detector from visible light to near infrared includes: step 1: Sacrifice layer, N contact layer, light absorption layer and cap layer are grown successively on an InP substrate; step 2: etch from one side of the cap layer down to reach the depth of N contact layer for easy electrode extraction; step 3: in the contact layer and cap layer. Graphic metal electrodes are grown on the electrodes, and indium columns are grown on the electrodes to obtain detector chips. Step 4: Take a readout circuit and turn the detector chip and readout circuit upside down to get a focal plane module; Step 5: Remove the substrate and sacrificial layer on the back of the focal plane module; Step 6: Grow SiO 2 medium on the N contact layer. Multilayer spectroscopic and transparent films are fabricated graphically to form multi-band visible to near infrared focal plane detectors. The invention has the advantages of simple process, fast product imaging speed and low cost, and solves the problem of low integration.

【技术实现步骤摘要】
多波段可见光至近红外焦平面探测器的制备方法
本专利技术涉及红外探测与成像
，更具体地说，本专利技术涉及一种多波段可见光至近红外焦平面探测器的制备方法。
技术介绍
红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成为电信号的器件，可以捕捉人眼察觉不到的红外光并以电信号的形式进行输出。实现红外探测的材料和器件主要包括基于热效应的热释电探测器，基于光电效应的光电探测器，以及基于石墨烯、碳纳米管，量子点的新材料探测器等。目前，光电探测器的技术最为成熟，基于光电技术的红外探测器小型化后可制备成为密集的探测器阵列，也就是红外焦平面，焦平面是红外相机的核心元件，其在夜视成像，天文观测，工业控制，医疗，通讯等众多领域有着极其广泛的应用。近年来，多波段红外成像技术引起了许多公司和研究机构的兴趣。在探测器的实际应用中，探测器的响应波段一般是一个较大的范围，而实际探测器的目标往往有一段很强的较窄红外波段，因此直接用探测器观测目标将会有较大的噪声。另外，用整体宽谱的探测器去观测目标，无法区分目标在不同波段辐射分布的细节特征，而分离的多波段同时探测系统能够同时在不同子波段进行成像，成像效果更凸显细节，能够得到更好的分析效果。目前，实现多波段红外成像的手段主要是从系统层面进行设计，在探测器前面加入机械结构传动的带通滤光片或者透镜系统，有目的地透过特定波段以供后面的探测器吸收，从而实现多个子波段分时成像的目的。但这种设计非常复杂，以滤光片为例，每添加一个需要探测的子波段就要在系统中多加一个对应的滤光片，这样大幅增加了系统的制备成本、体积和复杂度；另外，滤光片和透镜系统的解决方案成像速度也较低，不能很好地满足同步和快速的成像分析。
技术实现思路
基于以上技术问题，本专利技术提供了一种多波段可见光至近红外焦平面探测器的制备方法，其是多波段成像系统，具有工艺简单，产品成像速度快，成本低的优点，其解决了集成度低的问题。本专利技术提供一种多波段可见光至近红外的焦平面探测器的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在一InP衬底1上依次生长牺牲层2、N接触层3、光吸收层4和帽层5；步骤2：从帽层5的一侧向下刻蚀，刻蚀深度达到N接触层3，便于电极引出；步骤3：在接触层3和帽层5上生长图形金属电极，并在电极上生长铟柱6，得到探测器芯片；步骤4：取一个读出电路7，将探测器芯片与读出电路7倒扣，得到一个焦平面模块；步骤5：对焦平面模块的背面，去除衬底1和牺牲层2；步骤6：在N接触层3上生长SiO2介质膜8，图形化制备多层分光透光膜9，形成多波段可见光至近红外焦平面探测器。本专利技术提供的这种多波段可见光至近红外焦平面探测器的制备方法，与一般的利用外置滤光片或透镜系统来实现多波段成像的红外系统相比，具有以下突出的优点：1.本专利技术制备的多波段可见光至近红外焦平面可见光和近红外并行采集，直接在红外焦平面上分区域形成子波段探测，子波段的选取可以根据金属光栅的结构尺寸来进行灵活调节，满足实际的工作需求。2.多波段可见光至近红外焦平面的不同子波段是在焦平面入光面上分区域制备金属光栅形成的，子波段信号统一通过读出电路分区域读出，与焦平面集成为统一的多路、高速、同步、实时的采集器件，有望使多波段成像系统小型化、低功耗化和便携化，为多波段成像系统设计提供更高的成像质量与更多的设计自由度。附图说明为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合一具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明如后，其中：图1为本专利技术的制备流程图；图2-图6为本专利技术制备流程的结构示意图；图7为本专利技术实施例中，生长的金属光栅正面分区域示意图；图8为本专利技术实施例中，生长的金属光栅正面结构，周期尺寸示意图；图9为本专利技术实施例中，仿真得到的不同区域金属光栅的透射谱情况。具体实施方式请参阅图1并结合参阅图2-图6所示，本专利技术提供一种多波段可见光至近红外的焦平面探测器的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在一InP衬底1上依次生长牺牲层2、N接触层3、光吸收层4和帽层5，所述的衬底1的材料为InP，所述的牺牲层2的材料为InGaAs或InGaAsP，所述的N接触层3的材料为InP，厚度为50-200nm，所述的光吸收层4的材料为InGaAs，厚度为50-200nm，所述的帽层5的材料为InGaAs、InGaAsP或InP，厚度为50-200nm；步骤2：沿用一般的InGaAs光电探测器制备工艺，用外延片制备InGaAs探测器阵列芯片；步骤3：InGaAs探测器阵列上生长铟柱6；步骤4：取一个读出电路7，将探测器芯片与读出电路7倒扣，得到一个焦平面模块，焦平面模块的结构如图3所示；步骤5：对焦平面模块的背面，去除衬底1和牺牲层2；步骤6：在N接触层3上生长分光透光膜9，图形化制备多层分光透光膜9，所述的分光透光膜9是介质膜或金属光栅，所述的介质膜的材料为氧化硅或氮化硅，所述的金属光栅的材料为Au薄膜或Ag薄膜，金属光栅的厚度和开孔周期形状等由仿真模拟的结果确定，形成多波段可见光至近红外焦平面探测器。参见附图7为焦平面上金属光栅的结构图，金属光栅为100nm厚度的金薄膜上的正方形开孔阵列，同一金属光栅区域内的正方形开孔按照同样的周期在相互垂直的两个方向上排布成二维阵列。图例中10-15分别为对应着不同结构参数的金属光栅区域，它们的金属材料和厚度均相同，可以一次性制备，但不同的区域内，正方形开孔阵列的周期和开孔边长不同。参见附图8为一个实施例中设计的不同金属光栅区域所对应的透射谱的理论计算结果。其中，500nm处的透射峰对应的光栅区域内正方形开孔阵列的周期为200nm，开孔边长60nm；700nm处的透射峰对应的光栅区域内正方形开孔阵列的周期为300nm，开孔边长140nm；900nm处的透射峰对应的光栅区域内正方形开孔阵列的周期为500nm，开孔边长200nm；1100nm处的透射峰对应的光栅区域内正方形开孔阵列的周期为700nm，开孔边长180nm；1300nm处的透射峰对应的光栅区域内正方形开孔阵列的周期为800nm，开孔边长260nm；1500nm处的透射峰对应的光栅区域内正方形开孔阵列的周期为1000nm，开孔边长为280nm。参阅图9，显示了仿真得到的不同区域金属光栅的透射谱情况。以上所述的具体实施例，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施例而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多波段可见光至近红外的焦平面探测器的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在一InP衬底1上依次生长牺牲层2、N接触层3、光吸收层4和帽层5；步骤2：从帽层5的一侧向下刻蚀，刻蚀深度达到N接触层3，便于电极引出；步骤3：在接触层3和帽层5上生长图形金属电极，并在电极上生长铟柱6，得到探测器芯片；步骤4：取一个读出电路7，将探测器芯片与读出电路7倒扣，得到一个焦平面模块；步骤5：对焦平面模块的背面，去除衬底1和牺牲层2；步骤6：在N接触层3上生长SiO2介质膜8，图形化制备多层分光透光膜9，形成多波段可见光至近红外焦平面探测器。

【技术特征摘要】
1.一种多波段可见光至近红外的焦平面探测器的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在一InP衬底1上依次生长牺牲层2、N接触层3、光吸收层4和帽层5；步骤2：从帽层5的一侧向下刻蚀，刻蚀深度达到N接触层3，便于电极引出；步骤3：在接触层3和帽层5上生长图形金属电极，并在电极上生长铟柱6，得到探测器芯片；步骤4：取一个读出电路7，将探测器芯片与读出电路7倒扣，得到一个焦平面模块；步骤5：对焦平面模块的背面，去除衬底1和牺牲层2；步骤6：在N接触层3上生长SiO2介质膜8，图形化制备多层分光透光膜9，形成多波段可见光至近红外焦平面探测器。2.如权利要求1所述的多波段可见光至近红外焦平面探测器的制备方法，其中所述的衬底1的材料为InP、GaAs或Si。3.如权利要求1所述的多波段可见光至近红外焦平面探测器的制备方法，其中所述的牺牲层2的材料为InGaAs或InGaAsP。4.如权利要求1所述的多...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐云，白霖，陈华民，宋国峰，陈良惠，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11