[實用新型]一種低暗電流臺面型雪崩單光子探測器

有效

• 申請號: 201920036772.9
• 申請日: 2019-01-10
• 公開（公告）號: CN209447826U
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 李冠海;陳碧城;歐凱;郁菲蘢;趙增月;陳金;陳效雙;陸衛
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L31/107
• 分類號: H01L31/107;H01L31/0296;H01L31/0224;H01L31/0216;H01L31/18
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本專利公開了一種低暗電流臺面型雪崩單光子探測器，包括P型襯底、I型吸收倍增層、N型層。P型襯底、I型吸收倍增層、N型層依次按照從下到上的順序生長在襯底上；光子從P型襯底入射，P型襯底上接電源的陰極，I層作為載流子的雪崩倍增區域和光子的吸收區，N型層外接電源的陽極。本專利結構簡單，易于制備，同時可降低由載流子濃度差和缺陷濃度引起的暗計數，提高信噪比。

技術領域

本專利涉及探測器技術，具體指一種基于雪崩效應的高量子效率、低暗電流的單光子探測器。

背景技術

在近紅外波段,水會吸收大部分的紅外線。因為近紅外波段離可見光波段較近,探測器表面的濾波片對可見光的遮擋能力較弱,所以實際探測環境中的光線會對其信號干擾,這使得探測器只能在無光無雨的暗夜進行探測,而3～5μm的紅外探測器對這些干擾信號不響應,可以令探測衛星的工作環境不受這些限制,大大增加了探測器的工作時間.因此研制出響應波長在3～5μm的紅外探測器是很有發展前景的。

量子通信是利用單個光子作為信息攜帶單位。這對探測器提出了更高的要求：實現對極微弱信號的探測。單光子探測器能夠探測到光的最小能量——光子，是量子信息技術最關鍵的器件之一。單光子探測技術在生物檢測、天文測距、大氣測污、超遠程測距方面都有著廣泛的應用。

碲鎘汞材料的窄禁帶寬度導致了大暗電流的缺陷，暗電流大小的數量級極大的影響了探測器的靈敏度。半導體材料中的暗電流形成原因非常多樣，有因為載流子濃度不均勻產生的擴散電流、有因為缺陷捕獲和釋放載流子而產生的復合電流、量子隧穿引起的隧穿電流。除了改進材料的制備工藝以外，通過優化探測器結構也可以降低暗電流的數量級。

發明內容

本專利主要在于克服現有技術存在的缺陷，提供一種低暗電流臺面型雪崩單光子探測器結構及摻雜參數。為實現上述目的，本專利的技術方案如下：

本專利所公開的一種低暗電流臺面型雪崩單光子探測器結構，包括襯底1、緩沖層2、P型層3、本征層4、N型層5、陰極引出端6、陽極引出端7、鈍化膜8。在所述的襯底1上按照從下向上的順序依次生長緩沖層2、P型層3、本征層4、N型層5和鈍化膜8，陰極引出端6和陽極引出端7通過離子束濺射法分別生長在P型層和N型層上。

所述的襯底1材料為碲鋅鎘、砷化鎵、碲化鎘或硅。

所述的緩沖層2為碲化鎘，降低襯底材料與碲鎘汞的晶格失配，若襯底材料為碲鋅鎘則不需要生長緩沖層。

所述的P型層3為Hg空位摻雜的P型碲鎘汞，厚度范圍為7～9μm，摻雜濃度在5×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-3數量級。

所述的本征層4為非故意摻雜的N型碲鎘汞區域，均勻的高場強區域，作為光子的吸收區和載流子的雪崩倍增區域。

所述的N型層5的摻雜濃度在1×10¹⁸cm^-3～8×10¹⁸cm^-3數量級，厚度范圍為2.8μm～3.2μm。

所述的陰極引出端6為Cr/Au或Sn/Au雙層電極，下層與臺面結構接觸的歐姆接觸層為鉻或錫，上層金屬導電層為金，生長在P型層上。

所述的陽極引出端7為為Cr/Au或Sn/Au雙層電極，下層與臺面結構接觸的歐姆接觸層為鉻或錫，上層金屬導電層為金，吸收倍增的電子。

所述的鈍化膜8為CdTe與ZnS雙層鈍化膜，ZnS在下CdTe在上，以達到降低器件表面漏電，降低串音的作用。

本專利提供一種低暗電流臺面型雪崩單光子探測器的制作方法，包括以下步驟：

①襯底1上，生長一層0.8mm～1.2mm的CdTe緩沖層2；