焦平面红外探测器芯片、探测器和制备方法技术

本发明专利技术公开了一种焦平面红外探测器芯片，包括：接触层，接触层上设置有第一欧姆接触电极和像元阵列；陷光结构阵列，设置在接触层的下面；其中，像元阵列的每一个像元上设置有第二欧姆接触电极，每一个第二欧姆接触电极上设置有铟柱，铟柱与读出电路连接，像元阵列、接触层和第一欧姆接触电极的掺杂类型相同，接触层和第二欧姆接触电极形成PN结。本发明专利技术公开的焦平面红外探测器芯片提高样品的吸收率，吸收谱覆盖可见至短波红外波段，提高了探测器芯片的响应波段。本发明专利技术还公开了一种焦平面红外探测器芯片的制备方法和一种焦平面红外探测器。器芯片的制备方法和一种焦平面红外探测器。器芯片的制备方法和一种焦平面红外探测器。

【技术实现步骤摘要】
焦平面红外探测器芯片、探测器和制备方法


[0001]本专利技术涉及红外探测器
，尤其是涉及一种焦平面红外探测器芯片、探测器和制备方法。

技术介绍

[0002]红外探测器是一种能将不可见的红外辐射转化为可测量信号的光敏器件，它在军事、气象、工业、环境科学以及医疗诊断等领域都具有广泛的应用。其中，短波红外探测器主要是指在0.7～2.5μm波段范围内响应，其广泛应用于夜视、对地遥感、安全监控等军、民用领域，具有低成本、小尺寸、制冷功耗低等优势。在此基础上，如果能将响应范围扩展至可见光波段，则在卫星遥感影像数据等方面具有突破性的意义。
[0003]目前短波红外光电探测器使用的材料体系主要有InAs/GaSb超晶格、InP/InGaAs等。InAs/GaSb超晶格结构具有能带可调，灵活控制其截至波长的优势，但其成本较高，在民用领域的应用受到限制。InP/InGaAs体系成本相对有所下降，但是与InP衬底晶格匹配的In
0.53
Ga
0.47
As/InP探测器的波长范围局限在1.3μm～1.5μm，且在工艺的可扩展性方面也有所局限。目前，亟待解决的问题是扩大探测器的响应波段。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种焦平面红外探测器芯片，具有可见至短波红外波段的探测能力，器件性能稳定且均一性好，制备工艺、读出电路及短波探测系统与已有的技术匹配度高，实用性强的特点。
[0005]本专利技术公开一种焦平面红外探测器芯片，包括：/>[0006]接触层，所述接触层上设置有第一欧姆接触电极和像元阵列；
[0007]陷光结构阵列，设置在所述接触层的下面；
[0008]其中，所述像元阵列的每一个像元上设置有第二欧姆接触电极，每一个所述第二欧姆接触电极上设置有铟柱，所述铟柱与读出电路连接，所述像元阵列、所述接触层和所述第一欧姆接触电极的掺杂类型相同，所述接触层和所述第二欧姆接触电极形成PN结。
[0009]根据本专利技术的一些实施例，所述陷光结构阵列、所述接触层和所述像元阵列的材质为锑化镓。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述像元与所述第二欧姆接触电极之间设置有吸收层，所述吸收层的材质为锑化镓。
[0011]本专利技术公开一种焦平面红外探测器，包括上述的焦平面红外探测器芯片，所述焦平面红外探测器的响应波段为500nm～1740nm。
[0012]本专利技术公开一种焦平面红外探测器芯片的制备方法，包括：
[0013]构建PN结结构；
[0014]在所述PN结结构上表面制备像元阵列；
[0015]在所述PN结结构上表面制备欧姆接触电极；
[0016]分别在所述欧姆接触电极和读出电路上制备钢柱，将所述欧姆接触电极和所述读出电路通过所述铟柱进行互联；
[0017]在所述PN结结构下表面制备陷光结构阵列。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述构建PN结结构包括：
[0019]在N型GaSb衬底上外沿P型GaSb接触层；或者
[0020]在P型GaSb衬底上外沿N型GaSb接触层；或者
[0021]在GaSb衬底上外沿P型GaSb接触层，在所述P型GaSb接触层上外沿N型GaSb接触层；或者
[0022]在GaSb衬底上外沿N型GaSb接触层，在所述N型GaSb接触层上外沿P型GaSb接触层。
[0023]根据本专利技术的一些实施例，所述在所述PN结结构上表面刻蚀像元阵列之后还包括：对所述像元阵列表面进行钝化，所述钝化包括阳极氧化或阳极硫化。
[0024]根据本专利技术的一些实施例，在像元阵列的像元处和接触层处进行钝化层表面开孔图形转移，去除欧姆接触所在位置的钝化层，将欧姆接触区域转移至所述PN结结构上表面，进行金属沉积和剥离工艺，用以制备欧姆接触电极。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述在所述PN结结构下表面制备陷光结构阵列之前还包括：对所述PN结结构下表面进行物理磨抛与化学腐蚀。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，通过光刻或电子束曝光微结构阵列，利用刻蚀或湿法腐蚀来制备所述像元阵列。
[0027]通过上述技术方案，本专利技术通过在像元阵列下面设置陷光结构阵列，提高样品的吸收率，吸收谱覆盖可见光至短波红外波段，提高了探测器芯片的响应波段。
附图说明
[0028]图1示意性示出了本专利技术实施例的焦平面红外探测器芯片的结构示意图；
[0029]图2示意性示出了本专利技术实施例的焦平面红外探测器芯片的制备方法流程图；
[0030]图3示意性示出了本专利技术实施例的焦平面红外探测器芯片制备过程中外延生长的示意图；
[0031]图4示意性示出了本专利技术实施例的焦平面红外探测器与普通焦平面红外探测器对不同波长的响应对比图；
[0032]图5示意性示出了本专利技术实施例的焦平面红外探测器与普通焦平面红外探测器对不同波长的响应对比图；
[0033]上述附图中，附图标记含义具体如下：
[0034]1‑
陷光结构阵列；2
‑
像元阵列；3
‑
第二欧姆接触电极；4
‑
第一欧姆接触电极；5
‑
铟柱；6
‑
读出电路；7
‑
接触层；
[0035]11
‑
GaSb衬底；12
‑
GaSb缓冲层；13
‑
N型接触层；14
‑
本征吸收层；15
‑
P型接触层。
具体实施方式
[0036]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。
[0037]但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。在下面的详
细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本专利技术实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0038]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本专利技术。在此使用的术语“包括”表明了特征、步骤、操作的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征。
[0039]在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释，例如，短波红外(SWIR)光一般定义为0.9～1.7μm波长范围内的光线，但也可归入0.7～2.5μm波长范围。可见光通常指波长范围为：390nm～780nm。采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体(通常是硅或锗)基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焦平面红外探测器芯片，其特征在于，包括：接触层，所述接触层上设置有第一欧姆接触电极和像元阵列；陷光结构阵列，设置在所述接触层的下面；其中，所述像元阵列的每一个像元上设置有第二欧姆接触电极，每一个所述第二欧姆接触电极上设置有铟柱，所述铟柱与读出电路连接，所述像元阵列、所述接触层和所述第一欧姆接触电极的掺杂类型相同，所述接触层和所述第二欧姆接触电极形成PN结。2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述陷光结构阵列、所述接触层和所述像元阵列的材质为锑化镓。3.根据权利要求1或2所述的芯片，其特征在于，所述像元与所述第二欧姆接触电极之间设置有吸收层，所述吸收层的材质为锑化镓。4.一种焦平面红外探测器，其特征在于，包括如权利要求1至3任一所述的焦平面红外探测器芯片，所述焦平面红外探测器的响应波段为500nm～1740nm。5.一种焦平面红外探测器芯片的制备方法，其特征在于，包括：构建PN结结构；在所述PN结结构上表面制备像元阵列；在所述PN结结构上表面制备欧姆接触电极；分别在所述欧姆接触电极和读出电路上制备铟柱，将所述欧姆接触电极和所述读出电路通过所述铟柱进行互联；在所述PN结结构下表面制备陷光...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝宏玥，徐应强，牛智川，王国伟，蒋洞微，
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：