[發明專利]一種非制冷熱電偶紅外探測器及其制備方法

無效

• 申請號: 201110384233.2
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN102494782A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 李辛毅;韓培德;毛雪;胡少旭;王帥;范玉杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01J5/12
• 分類號: G01J5/12;H01L31/101;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及非制冷熱電偶紅外探測器技術領域，尤其涉及一種利用黑硅材料的強紅外光吸收特性和光-熱轉換效應的非制冷熱電偶紅外探測器及其制備方法，特別是一種利用黑硅材料和高塞貝克系數金屬材料(鋁、金等)組成的溫差電偶來探測中波紅外和長波紅外輻射的非制冷熱電偶紅外探測器及其制備方法。

背景技術

一直以來，利用不同材料的塞貝克效應來制備熱電堆紅外探測器是紅外探測成像領域的研究熱點之一^[1][2][3]，但是到目前為止并沒有出現一種既能夠與CMOS工藝相兼容，又具有高紅外輻射吸收并能夠產生大的溫差電動勢的半導體材料。

黑硅材料自問世以來就以其在全太陽光譜范圍內接近于黑體的吸收效果而受到廣泛關注，2006年美國哈弗大學的T.G.Kim等人報道了在硅襯底上過飽和摻硫形成子帶隙的超強紅外吸收材料^[4]。2010年Malek?Tabbal等人報道了具有強子帶光吸收特性的過飽和摻硒的單晶硅材料，并對該材料的光電探測器件制備前景進行了預測^[5]。2010年哈弗大學的BrionP.Bob等人對過飽和摻雜硫系元素(硫、硒、碲)硅材料的子帶隙物理特性及光電特性進行了系統報道^[6]。國內復旦大學趙利教授研究發現黑硅材料在3μm～5μm和8μm～12μm的中波和長波紅外區還存在大于80％的光吸收，為采用低成本硅材料工藝制備高靈敏度紅外探測器提供了依據。

但研究發現，黑硅材料對中長波紅外光的吸收主要是由缺陷能級引起，這些缺陷能級在吸收紅外輻射的同時也會成為載流子的復合中心，從而使所吸收的紅外輻射無法直接轉換成電信號，而是轉化成材料的熱能，因此黑硅材料的高紅外輻射吸收特性對制備光子型紅外探測器制備沒有太大意義。但黑硅材料的這一特性對制備熱紅外探測器卻具有很大的潛在應用價值。

本發明根據黑硅材料的這一特性，將其與具有高塞貝克系數的金屬(如：鋁、金或鈦等)組合在一起制備基于溫差電偶的非制冷熱電偶紅外探測器。

參考文獻

1、Andrew?D.Oliver，Kensall?D.Wise，“A?1024-element?bulk-micromachined?thermopile?infrared?imaging?array”，Sensors?and?Actuators，73，222，1999.

2、David?Kryskowski，“Small?pitch?high?performance?thermopile?focal?plane?arrays”，Proc.of?SPIE?Vol.8012?80123W-1，2011.

3、Tayfun?Akin，Zeynel?Olgun，Orhan?Akar，Haluk?Kulah，“An?integarated?thermopile?structure?with?high?responsivity?using?any?standard?CMOS?process”，Sensors?and?Actuators?A?66，218，1998.

4、E.Antolín，A.Martí，1?J.Olea，D.Pastor，G.González?Díaz，I.Mártil，and?A.Luque1，“Lifetime?recovery?in?ultrahighly?titanium-doped?silicon?for?the?implementation?of?an?intermediate?band?material”94，042115，2009.

5、K.Sánchez，I.Aguilera，P.Palacios，and?P.Wahnón，“Formation?of?a?reliable?intermediate?band?in?Si?heavily?coimplanted?with?chalcogens(S，Se，Te)and?group?III?elements(B，Al)”，Physical?review?B，82，165201，2010.

6、Meng-Ju?Sher，Mark?T.Winkler，and?Eric?Mazur，“Pulsed-laser?hyperdoping?and?surface?texturing?for?photovoltaics”，Materials?Research?Society，36，439，2011.

發明內容

(一)要解決的技術問題