[发明专利]一种基于黑硅材料非制冷热红外探测器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非制冷热红外探测器技术领域，尤其涉及一种基于黑硅材料非制冷热红外探测器的制备方法。

背景技术

非制冷红外探测器阵列其本质就是集成了热红外探测器像素阵列的MEMS器件。在硅温敏二极管上集成红外辐射吸收层的非制冷MEMS红外探测器是非制冷红外探测器领域的研究热点之一^[1][6][7]。

黑硅材料自问世以来就以其在全太阳光谱范围内接近于黑体的吸收效果^[2]而受到广泛关注，2006年美国哈弗大学的T.G.Kim等人报道了在硅衬底上过饱和掺硫形成子带隙的超强红外吸收材料^[3]。2010年Malek Tabbal等人报道了具有强子带光吸收特性的过饱和掺硒的单晶硅材料，并对该材料的光电探测器件制备前景进行了预测^[4]。2010年哈弗大学的BrionP.Bob等人对过饱和掺杂硫系元素(硫、硒、碲)硅材料的子带隙物理特性及光电特性进行了系统报道^[5]。国内复旦大学赵利教授研究发现黑硅材料在3μm～5μm和8μm～12μm的中波和长波红外区还存在大于80％的光吸收，为采用低成本硅材料工艺制备高灵敏度红外探测器提供了依据。

但研究发现黑硅材料对中长波红外光的吸收主要是由缺陷能级引起，这些缺陷能级在吸收红外辐射的同时也会成为载流子的复合中心，从而使所吸收的红外辐射无法直接转换成电信号，而是转化成材料的热能，因此黑硅材料的高红外辐射吸收特性对制备光子型红外探测器制备没有太大意义。但黑硅材料的这一特性对制备热红外探测器却具有很大的潜在应用价值。

另外，在恒流偏置下，硅pn结二极管结电压与结温度成线性关系，而在恒压偏置下硅pn结二极管的输出电流与温度成指数关系^[5]。将硅pn结的温度特性与黑硅材料优越的红外辐射吸收特性相结合就可以制备出能够与CMOS和SOI-CMOS工艺兼容的低成本、非制冷高灵敏度热红外探测器。

参考文献

1、Masafumi Kimata，Masashi Ueno，Munehisa Takeda，Toshiki Seto，“SOI diode uncooled infrared focal plane arrays”，Proc.of SPIE 6127，61270X-1，2006.

2、C.Tablero and P.Wahno′n，“Analysis of metallic intermediate-band formation in photovoltaic materials”，Applied physics letters，82，151，2003.

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

4、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.

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

6、Jae-Kwan Kim and Chul-Hi Han，“A new uncooled thermal IR detector using silicon diode”，The Thirteenth Annual International Conference on Micro Electro Mechanical Systems，2000.