[發明專利]一種低損傷埋結式碲鎘汞探測器芯片

有效

• 申請號: 201610236574.8
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN105762209B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 胡曉寧;張姍;樊華;廖清君;葉振華;林春;丁瑞軍;何力
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/103
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

本發明公開了一種低損傷埋結式碲鎘汞探測器芯片，它包括襯底，碲鎘汞p型外延薄膜，離子注入n型區，鈍化層，n型區電極，p型區電極，銦柱陣列，它涉及光電探測器件技術。本發明采用將p?n結制備至碲鎘汞材料腐蝕坑內部的結構方案，使得結區位置遠離材料表面，避免了清洗、去膠等工藝對光敏元區的作用力導致的缺陷增值引起的探測器性能下降、盲元增加等問題。本發明對降低碲鎘汞焦平面的盲元率有很大幫助。

技術領域

本發明專利涉及碲鎘汞紅外探測器，具體是指一種低損傷埋結式碲鎘汞紅外探測器芯片。

背景技術

碲鎘汞材料是一種理想的紅外探測器材料，具有禁帶寬度可調、內量子效率高、電子、空穴遷移率高等優點。隨著Si基碲鎘汞材料分子束外延制備技術的成熟，突破了材料尺寸的限制，使材料制備的成本得到降低，成品率提高。第三代碲鎘汞探測器正向著大面陣、多色化、微型化和低成本方向發展。但隨著面陣規模的擴大和像元中心距的減小，盲元問題成為一個制約器件性能的關鍵問題。傳統的碲鎘汞器件多采用平面型器件結構，即光敏元的n型和p型區都位于材料表面，當進行后續的器件制備工藝時，如表面清洗、去膠等，極易在光敏元區域造成缺陷增值引起探測器性能降低，甚至造成盲元。如何在現有工藝條件下減小制備工藝對器件性能的影響對降低盲元率具有重要意義。

發明內容

基于上述平面型碲鎘汞探測芯片存在的問題，本發明提供一種低損傷埋結式碲鎘汞探測器芯片，它通過將p-n結精確注入至碲鎘汞材料內部，使得結區位置遠離材料表面，有效避免了后續器件工藝對光敏元性能的影響，能夠極大降低焦平面盲元率。

本發明的低損傷埋結式碲鎘汞紅外探測器芯片的結構依次為：襯底1，碲鎘汞p型外延薄膜2，離子注入n型區3，鈍化層4，n型區電極5，p型區電極6，銦柱陣列7。由硼離子注入形成的光敏感元的n型區陣列3和p型區2共同形成紅外光伏探測芯片的光電二極管陣列，其特征在于：

利用離子注入方法形成的離子注入n型區3制備在碲鎘汞p型外延薄膜2上深度為0.5～3.0μm的腐蝕坑內部；離子注入窗口與腐蝕坑大小相等。

本發明的優點：

相比傳統的平面型Si基碲鎘汞紅外探測器芯片，本專利的低損傷埋結式探測器芯片的p-n結是通過埋結工藝將光敏感的p-n結注入到深度為0.5～3.0μm的碲鎘汞材料內部，能夠避免后續器件加工工藝如清洗、去膠等工藝引入缺陷造成的光敏元性能降低。

附圖說明

圖1為本發明的低損傷埋結式碲鎘汞探測器芯片的剖面示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，以像元中心距為25μm的640×512Si基中波碲鎘汞焦平面芯片為例，對本專利的具體實施方式進行詳細說明：

制備低損傷埋結式碲鎘汞探測器芯片的外延材料為采用分子束外延方法制備的p型Hg空位摻雜的Si基碲鎘汞薄膜材料，材料組分x＝0.3，碲鎘汞層厚度為5μm。

如圖1所示，本發明的低損傷埋結式碲鎘汞探測器芯片包括：襯底101，碲鎘汞p型外延薄膜2，光敏元n型區3，鈍化層4，n型區電極7，P型區電極5，銦柱陣列6。其中光敏元n型區陣列3由硼離子注入形成，與p型區102共同形成紅外光伏探測芯片的光電二極管陣列。利用濕法腐蝕方法在碲鎘汞p型外延薄膜102上光敏元和公共電極的位置腐蝕得到與注入區設計尺寸相同的腐蝕坑，腐蝕深度為0.5～3.0μm；n型區3制備到腐蝕坑內部。

最后將上述工藝制備出的640×512Si基中波碲鎘汞芯片進行I-V和R-V測試，與讀出電路倒焊互連后對焦平面盲元率進行測試。實驗發現低損傷埋結式探測器p-n結阻抗與傳統平面結器件p-n結阻抗相當，由于工藝原因造成的盲元率由3％降低至0.1％。