[發明專利]基于微動元調制 GaN HEMT 溝道電流的紅外探測器

有效

• 申請號: 201210130399.6
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN102636261A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 朱彥旭;曹偉偉;郭偉玲;徐晨
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明用于半導體光電子信息技術領域，具體涉及基于微動元調制GaN?HEMT(氮化鎵高電子遷移率晶體管)溝道電流的紅外探測器。?

背景技術

目前熱探測器型紅外探測器優選發展方向是能在室溫下工作，具有高探測率，高響應速度，有波長選擇性，高可靠性，已集成陣列等方向，目前國際上提出了一系列壓阻式、電容式及常規FET信號轉換的紅外探測器的結構，這些結構雖然在一定范圍內取得了很大進展，可是各個結構仍然存在問題。問題一：如附圖1所示，是一種基于電子隧穿機制的微機械位移的高靈敏度、非致冷的隧穿紅外傳感器，但是這種探測器結構復雜工藝難度及成本較大。雖然Kaoru?Yamashita等人在此基礎上，直接以空氣為紅外吸收介質，并采用微電容探測方式，極大的降低了器件制備的工藝難度，但是同時也降低了探測率。問題二：除此之外其他研究小組還提出了SiN_x和Au構成的雙懸臂梁MIRROR紅外探測系統，可是該系統的參考光路的存在不利于集成。問題三：基于二極管電流-電壓溫度特性的探測器需要進行電化學腐蝕，加大了陣列面積也增加了陣列設計的復雜程度。?

發明內容

本發明的目的在于發明一種基于微動元調制GaN?HEMT溝道電流的紅外探測器，已達到解決上述三個問題的目的，從而實現GaN基力-電耦合紅外探測器的高靈敏性和高可靠性。?

一種基于微動元調制GaN?HEMT溝道電流的紅外探測器，其特征在于：所述探測器的結構依次包括：GaN/AlGaN?HEMT器件，微動元件，光波吸收輔助層，充氣腔，襯底，吸收光波氣體，窗口層；微動元件與HEMT溝道連接，充氣腔內的吸收光波氣體?和光波吸收輔助層吸收光波后，發生形變，推動微動元件位移，微動元件的位移誘導GaN?HEMT溝道電流變化，使光波信號轉變成電信號被探測。?

所述的微動元件是微動隔膜或懸臂梁。?

所述光波吸收輔助層包括充氣腔側壁的光波反射層和充氣腔頂部的吸能薄膜。?

所述吸收光波氣體是氟乙烯氣體。?

GaN材料是第三代寬禁帶半導體材料代表之一，禁帶寬度Eg為3.49ev，本征載流子濃度低，所以溫度變化時本征載流子濃度變化對器件影響大大減小。并且電子遷移率達2000cm²/V·s，因而可以制備高靈敏性的信號轉換器件。且GaN/AlGaN材料很強的自發極化和壓電極化使得GaN/AlGaN異質結界面在非故意摻雜的情況下，就可以產生10¹⁵cm^-2量級的2DEG。從相關的研究來看，自發極化和壓電極化都可以提高2DEG的濃度和電子遷移率，因而當HEMT溝道層材料受到應力作用時必然導致壓電極化的變化，并影響2DEG的濃度，最終導致溝道電流的變化，實現力學信號和光學信號的轉換。本專利器件的主要工作機制如下：微動元件與HEMT溝道連接，充氣腔內的吸收光波氣體和光波吸收輔助層吸收光波后，發生形變，推動微動元件位移，微動元件的位移誘導GaN?HEMT溝道電流變化，使光波信號轉變成電信號被探測，靈敏性較常規壓阻式、電容式及常規FET信號轉換的探測器有了很大提高。?

附圖說明：

附圖1為本發明的基于微動元調制GaN?HEMT溝道電流的紅外探測器示意圖?

11?HEMT器件?

12?微動元件?

13?光波吸收輔助層?

131?紅外發射層?

132?吸能薄膜?

14?充氣腔?

15?襯底?

16?窗口層?

具體實施方式

具體的，上述HEMT器件，是GaN/AlGaN半導體材料制備的HEMT器件；所述微動隔膜是利用MEMS技術腐蝕形成氣腔或者是懸臂梁結構；所述光波吸收輔助層中紅外反射層為Al或者Ag，沉積于側壁內側；所述吸能薄膜為SiNx，X為4/3，以下同。生長于氣腔頂部；所述吸收紅外輻射的工作氣體為氟乙烯；所述基于微動元調制GaN?HEMT溝道電流的紅外探測器的充氣腔為棱臺，圓臺或者是立方體，棱臺中傾角0°＜θ＜90°；同時可更換工作氣體以及吸能薄膜可以改變工作波長，適應性強。探測率較國內其他同水平的高10％-100％，同時靈敏性也有了很大提高。?

實施例1：?