[发明专利]非制冷红外探测阵列用自掺杂硅锗/硅多量子阱热敏材料

权利要求书

1.一种非制冷红外探测阵列用自掺杂硅锗/硅多量子阱热敏材料，其特征在于：在SOI晶元[260]上依次外延生长底部接触层[250]、底部隔离层[240]、硅锗/硅多量子阱结构[230]、顶部隔离层[220]和顶部接触层[210]，在工作过程中，由自扩散至硅锗/硅多量子阱结构[230]中的硼粒子提供空穴作为载流子。

2.根据权利要求1所述的一种非制冷红外探测阵列用自掺杂硅锗/硅多量子阱热敏材料，其特征在于：硅锗/硅多量子阱结构[230]由无掺杂的单晶硅锗层[231]和无掺杂的单晶硅层[232]循环构成，单晶硅锗层[231]分别与顶部隔离层[220]和底部隔离层[240]相邻，层中单晶硅锗层[231]厚度为5~15 nm、锗的含量在25%~35%之间，单晶硅层[232]厚度为20~40 nm，硅锗/硅循环数为4~8层；顶部隔离层[220]和底部隔离层[240]均为35 ~100 nm厚、无掺杂的单晶硅；顶部隔离层[220]、底部接触层[250]厚度为100~200 nm，p型硼掺杂单晶硅，掺杂浓度在10¹⁹ cm^-3以上。

3.一种基于自掺杂硅锗/硅多量子阱热敏材料的非制冷红外探测阵列像元结构，由减反射层[100]、硅锗/硅多量子阱层[200]、金属反射层[510]、支撑层[300]、沟道[350]、支撑电极[600]以及基底[700]构成；其特征在于：硅锗/硅多量子阱层[200]在金属反射层[510]上方；支撑层[300]包括第一氮化硅层[310]、第二氮化硅层[320]，厚度均为200 nm~250 nm，支撑层[300]沉积在硅锗/硅多量子阱层[200]上，并在硅锗/硅多量子阱层[200]两侧形成反对称支撑梁[800]连接到支撑电极[600]上；支撑电极[600]在基底[700]上方，支撑起整个结构；减反射层[100]在结构的最上方，覆盖了有硅锗/硅多量子阱层[200]的区域；沟道[350]的设计在像元中形成U型导电通道。

4.一种非制冷红外探测阵列用自掺杂硅锗/硅多量子阱热敏材料的制备方法，其特征是：该种材料可以用一种低压化学气相沉积技术在SOI晶元上外延生长实现，步骤如下：

a、将SOI晶元放入H₂SO₄、H₂O₂的混合溶液中，混合溶液的体积比为H₂SO₄：H₂O₂=4：1，将溶液煮沸并持续10分钟，取出SOI晶元用去离子水洗净；

b、将SOI晶元放入NH₄OH、H₂O₂、H₂O的混合溶液中，混合溶液的体积比为NH₄OH：H₂O₂：H₂O=1：1：4，将溶液加热至85℃，并持续5分钟，取出SOI晶元并用离子水洗净；

c、将SOI晶元放入HCl、H₂O₂、H₂O的混合溶液中，混合溶液的体积比为HCl：H₂O₂：H₂O=1：1：4，将溶液加热至85℃，并持续5分钟，取出SOI晶元并用离子水洗净；

d、通过氮气将SOI晶元吹干，并放入进样室；

e、将SOI晶元从进样室转移至预处理室，在250℃温度下预热2小时去除水汽；

f、将SOI晶元从预处理室转移至生长室，打开H₂阀，使得SOI晶元在950℃、H₂环境下持续放置20分钟，以去除SOI晶元表面氧化层；

g、打开生长室真空阀，保证其真空度为10^-2 Pa，并将温度降至700℃，同时打开H₂、Si₂H₆和B₂H₆气源阀门，生长掺杂浓度为10¹⁹ cm^-3的底部接触层，生长厚度为100~200 nm；

h、关闭B₂H₆气源阀门，外延无掺杂单晶Si层，作为底部隔离层，生长厚度为35 ~100 nm；

i、同时打开GeH₄和Si₂H₆气源阀门，并将生长室温度降低至650℃，外延生长无掺杂单晶SiGe层，Ge含量为25%~35%，厚度5~15 nm，在高温条件下，少量的硼跨越厚度较薄的底部隔离层[240]，自扩散至该层中，提供空穴作为材料的载流子；

j、控制生长室中Si₂H₆的分压，保持生长室温度为700℃，外延生长无掺杂单晶Si层，厚度20~40 nm，在高温条件下，少量的B跨越厚度较薄的底部隔离层[240]，自扩散至该层中，提供空穴作为材料的载流子；

k、循环i、j步骤3次，生长循环层数为4~8层的无掺杂单晶Si_1-xGe_x层作为多量子阱层，要求量子阱层为单晶结构，Ge含量为25%~35%，且有较低的位错密度；

l、重复操作h、g步骤，完成顶部隔离层和顶部接触层的生长。