[發明專利]焦平面紅外探測器芯片、探測器和制備方法

在審

• 申請號: 202110416974.8
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113130676A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 郝宏玥;徐應強;牛智川;王國偉;蔣洞微
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/109;H01L27/144;H01L31/18;G01J5/22
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉歌

本發明公開了一種焦平面紅外探測器芯片，包括：接觸層，接觸層上設置有第一歐姆接觸電極和像元陣列；陷光結構陣列，設置在接觸層的下面；其中，像元陣列的每一個像元上設置有第二歐姆接觸電極，每一個第二歐姆接觸電極上設置有銦柱，銦柱與讀出電路連接，像元陣列、接觸層和第一歐姆接觸電極的摻雜類型相同，接觸層和第二歐姆接觸電極形成PN結。本發明公開的焦平面紅外探測器芯片提高樣品的吸收率，吸收譜覆蓋可見至短波紅外波段，提高了探測器芯片的響應波段。本發明還公開了一種焦平面紅外探測器芯片的制備方法和一種焦平面紅外探測器。

技術領域

本發明涉及紅外探測器技術領域，尤其是涉及一種焦平面紅外探測器芯片、探測器和制備方法。

背景技術

紅外探測器是一種能將不可見的紅外輻射轉化為可測量信號的光敏器件，它在軍事、氣象、工業、環境科學以及醫療診斷等領域都具有廣泛的應用。其中，短波紅外探測器主要是指在0.7～2.5μm波段范圍內響應，其廣泛應用于夜視、對地遙感、安全監控等軍、民用領域，具有低成本、小尺寸、制冷功耗低等優勢。在此基礎上，如果能將響應范圍擴展至可見光波段，則在衛星遙感影像數據等方面具有突破性的意義。

目前短波紅外光電探測器使用的材料體系主要有InAs/GaSb超晶格、InP/InGaAs等。InAs/GaSb超晶格結構具有能帶可調，靈活控制其截至波長的優勢，但其成本較高，在民用領域的應用受到限制。InP/InGaAs體系成本相對有所下降，但是與InP襯底晶格匹配的In_0.53Ga_0.47As/InP探測器的波長范圍局限在1.3μm～1.5μm，且在工藝的可擴展性方面也有所局限。目前，亟待解決的問題是擴大探測器的響應波段。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種焦平面紅外探測器芯片，具有可見至短波紅外波段的探測能力，器件性能穩定且均一性好，制備工藝、讀出電路及短波探測系統與已有的技術匹配度高，實用性強的特點。

本發明公開一種焦平面紅外探測器芯片，包括：

接觸層，所述接觸層上設置有第一歐姆接觸電極和像元陣列；

陷光結構陣列，設置在所述接觸層的下面；

其中，所述像元陣列的每一個像元上設置有第二歐姆接觸電極，每一個所述第二歐姆接觸電極上設置有銦柱，所述銦柱與讀出電路連接，所述像元陣列、所述接觸層和所述第一歐姆接觸電極的摻雜類型相同，所述接觸層和所述第二歐姆接觸電極形成PN結。

根據本發明的一些實施例，所述陷光結構陣列、所述接觸層和所述像元陣列的材質為銻化鎵。

根據本發明的一些實施例，所述像元與所述第二歐姆接觸電極之間設置有吸收層，所述吸收層的材質為銻化鎵。

本發明公開一種焦平面紅外探測器，包括上述的焦平面紅外探測器芯片，所述焦平面紅外探測器的響應波段為500nm～1740nm。

本發明公開一種焦平面紅外探測器芯片的制備方法，包括：

構建PN結結構；

在所述PN結結構上表面制備像元陣列；

在所述PN結結構上表面制備歐姆接觸電極；

分別在所述歐姆接觸電極和讀出電路上制備鋼柱，將所述歐姆接觸電極和所述讀出電路通過所述銦柱進行互聯；

在所述PN結結構下表面制備陷光結構陣列。

根據本發明的一些實施例，所述構建PN結結構包括：

在N型GaSb襯底上外沿P型GaSb接觸層；或者

在P型GaSb襯底上外沿N型GaSb接觸層；或者