一种锑化铟太赫兹探测器及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种锑化铟太赫兹探测器及制作方法，该探测器由高阻硅镜中心下方粘接的锑化铟探测器和背面镀金介质层，衬底两侧粘接的转接金属片，以及器件管座组成。制作方法包括：在氧化铝衬底上粘接单面抛光锑化铟材料，减薄得锑化铟薄层；使用CVD法在薄层表面生长SiOx钝化膜；通过刻蚀工艺制作敏感元，光刻镀金制作耦合天线，使用环氧胶将器件粘接到硅镜中心；在器件上设置背面镀金介质层，增强敏感元处电场强度；使用导电硅脂实现转接金属片和器件管脚的电学连接，使用树脂片实现管座对硅镜和器件的机械支撑。根据所述方法制作的太赫兹探测器结构紧凑，响应范围可覆盖0.04‑2.5THz，可在室温及适当制冷条件下实现对太赫兹波的高灵敏探测。

【技术实现步骤摘要】
一种锑化铟太赫兹探测器及制作方法
本专利技术涉及一种太赫兹探测器的制作方法，更具体的说，涉及一种基于电磁波诱导势阱效应的锑化铟太赫兹探测器的制作方法。
技术介绍
太赫兹(Terahertz/THz)波是指频率在0.1-10THz(波长30-3000μm)范围内的电磁波，具有低能性、相干性、宽带性和穿透性等特性。因为这些独特性质，太赫兹波在通信、天文、医学成像、无损检测和安保等领域具有广泛的应用潜力，近年来已经成为国内外研究的热点[1-3]。太赫兹技术发展的重要研究内容之一是太赫兹探测技术，发展工作灵敏度高、使用方便、成本合理的太赫兹探测器，将在生物医学及化学、环境监测、天文学和遥感、通信技术、安全检查等领域发挥巨大效用，具有重大的应用意义[4-6]。锑化铟材料是一种典型的窄禁带半导体材料，近数十年来人们开展了此类材料应用于太赫兹探测的研究工作。利用InSb材料在低温下的热电子效应，人们制作了液氦制冷的InSb热电子Bolometer，工作温度为低于4.2K，响应波段为f<1.5THz，NEP优于10-13W/Hz0.5[7]。基于热电子效应的InSb的液氦制冷型太赫兹探测器已有商用型号，然而这些器件都要在液氦温度或更低温度下工作，不易实际广泛应用。2013年以来，申请人所在课题组发展了基于碲镉汞材料的金属-半导体-金属(MSM)结构新型高灵敏度室温太赫兹探测器[8-10]，并在理论上提出了一种新颖的解释。Sizov等人(2015)在实验上也报道了MSM结构碲镉汞器件对0.14THz信号的高灵敏度响应[11]。课题组通过构建合适的MSM结构，观察到碲镉汞材料(MCT)对太赫兹波的室温光电导现象，并基于太赫兹电磁辐射诱导势阱(EIW)束缚载流子的物理模型对探测机理进行了解释。基于碲镉汞材料的新型太赫兹探测器实现了较好性能，同样的，三五族窄禁带半导体锑化铟材料也是制备新型太赫兹探测器件的较佳选择。锑化铟材料是一种性能优良的三五族窄禁带半导体，具有电子饱和漂移速度大、迁移率高，且俄歇系数较小等优点[12]；相比碲镉汞材料，锑化铟材料声子吸收的波数范围更小。文献表明，锑化铟材料在4.2-6THz(140-200cm-1)频段范围内存在声子吸收峰；在小于140cm-1(波长大于70μm)范围内无声子吸收峰，而以自由载流子吸收为主，这使得锑化铟探测器在小于4THz的较宽波段范围内工作成为可能[13]。本专利技术涉及的锑化铟探测器，可实现对0.04THz-2.5THz的宽波段响应，以及室温和适当制冷条件下的高速、高灵敏检测。0.34THz和0.5THz是两个应用上较为重要的频率点，在军事、通信、科学研究等方面发挥着重要作用[14-16]。因此，本专利技术将通过设置适当的底反射介质层，提高0.34THz、0.5THz等频率点的响应性能。以上所涉及的参考文献如下：[1]Bowlan,P.,etal.,Terahertzradiativecouplinganddampinginmultilayergraphene.NewJ.Phys.16(2014)013027.[2]Sizov,F.andA.Rogalski,THzdetectors.Prog.Quant.Electron.,2010.34(5):p.278-347.[3]Tonouchi,M.,Cutting-edgeterahertztechnology.NaturePhoton.,2007.1(2):p.97-105.[4]Tang,L.,etal.,Nanometre-scalegermaniumphotodetectorenhancedbyanear-infrareddipoleantenna.NaturePhoton.,2008.2(4):p.226-229.[5]Rogalski,A.,J.Antoszewski,andL.Faraone,Third-generationinfraredphotodetectorarrays.J.Appl.Phys.,2009.105(9)091101.[6]Horiuchi,N.,TerahertzTechnologyEndlessApplications.NaturePhoton.,2010.4(3):p.140-140.[7]Padman,R.,etal.,ADual-PolarizationInSbReceiverfor461/492GHz.Int.J.InfraredMilli.,1992.13(10):p.1487-1513.[8]Z.M.Huang,J.C.Tong,etal.,Room-TemperaturePhotoconductivityFarBelowtheSemiconductorBandgap,Adv.Mater.,2014,26(38):6594-6598.[9]ZhimingHuang,WeiZhou,etal.,Directlytailoringphoton-electroncouplingforsensitivephotoconductance,Sci.Rep.,2016,6,22938.[10]ZhimingHuang,WeiZhou,etal.,ExtremeSensitivityofRoom-TemperaturePhotoelectricEffectforTerahertzDetection,Adv.Mater.,2016,28(1),112-117.[11]F.Sizov,etal.,Two-colordetector:Mercury-cadmium-tellurideasaterahertzandinfrareddetector,Appl.Phys.Lett.,2015,106(8):814-3526.[12]Levinshtein,etal.,Handbookseriesonsemiconductorparameters,v.2:ternaryandquaternaryIII-Vcompounds.1996:Singapore:WorldScientific.[13]Palik,E.D.,HandbookofOpticalconstantsofSolids.Academic,1985.[14]J.Li,etal.,Low-noise0.5THzall-NbNsuperconductor-insulator-supercon-ductormixerforsubmillimeterwaveastronomy,Appl.Phys.Lett.,2008,92(22):222504.[15]O.Mitrofanov,etal.,Collection-modenear-fieldimagingwith0.5-THzpulses,IEEEJ.Sel.Top.QuantumElectron.,2001,7(4):600.[16]C.Wang,etal.,0.34-THzWirelessLinkBasedonHigh-OrderModulationforFutureWirelessLocalAreaNetworkApplications,IeeeT.THzSci.Techn.,20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锑化铟太赫兹探测器，包括高阻硅超半球镜(1)、衬底(2)、锑化铟敏感元(10)、表面钝化膜层(11)、天线电极(7)、反射介质层(8)和铬金金属层(12)，其特征在于探测器结构如下：所述的高阻硅超半球镜(1)中心下方依次为环氧树脂胶(3)与衬底(2)，其两侧的硅镜表面粘贴有金属转接片(4)，在衬底(2)中心的下方，依次为锑化铟敏感元(10)，表面钝化膜层(11)，反射介质层(8)，铬金金属层(12)；在衬底(2)表面敏感元(10)左右两侧，制作有天线电极(7)，分别与锑化铟敏感元(10)两侧相连，天线电极(7)通过金线(9)与两侧金属转接片(4)相连，金属转接片(4)下方通过导电硅脂(5)与器件管座(6)引脚相连，管座(6)上方粘接的树脂垫片(13)实现对高阻硅超半球镜(1)的机械支撑；所述的衬底(2)为氧化铝白宝石片，厚度为0.25mm，尺寸为1.4mm×4.2mm；所述的锑化铟敏感元(10)厚度8‑11μm，电极间距为15‑90μm；所述的天线电极(7)为总长0.45‑0.90mm的蝶形天线电极，或总长0.6‑0.9mm的对数螺旋天线电极；所述的背面反射介质层(8)，为厚度0.54mm，尺寸1.5mm×3mm的SiO2片，或厚度0.31mm，尺寸1.5mm×3mm的高阻硅片。...

【技术特征摘要】
1.一种锑化铟太赫兹探测器，包括高阻硅超半球镜(1)、衬底(2)、锑化铟敏感元(10)、表面钝化膜层(11)、天线电极(7)、反射介质层(8)和铬金金属层(12)，其特征在于探测器结构如下：所述的高阻硅超半球镜(1)中心下方依次为环氧树脂胶(3)与衬底(2)，其两侧的硅镜表面粘贴有金属转接片(4)，在衬底(2)中心的下方，依次为锑化铟敏感元(10)，表面钝化膜层(11)，反射介质层(8)，铬金金属层(12)；在衬底(2)表面敏感元(10)左右两侧，制作有天线电极(7)，分别与锑化铟敏感元(10)两侧相连，天线电极(7)通过金线(9)与两侧金属转接片(4)相连，金属转接片(4)下方通过导电硅脂(5)与器件管座(6)引脚相连，管座(6)上方粘接的树脂垫片(13)实现对高阻硅超半球镜(1)的机械支撑；所述的衬底(2)为氧化铝白宝石片，厚度为0.25mm，尺寸为1.4mm×4.2mm；所述的锑化铟敏感元(10)厚度8-11μm，电...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志明，周炜，姚娘娟，曲越，褚君浩，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31