[发明专利]非晶态碲镉汞/晶态硅异质结红外探测器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于异质结非制冷红外探测器技术领域，特别涉及一种基于非晶态半导体和晶态半导体材料，能够在室温下工作的异质结红外探测器及其制造的方法。

背景技术

晶态碲镉汞（c-HgCdTe）薄膜是主要的红外光电探测器材料，光伏型器件常以p-n结为主。异质结探测器具有灵敏度高、响应速度快等优点，近年来人们逐渐把关注的目光聚集在HgCdTe异质结红外探测器的研究上。硅衬底与Si读出电路之间存在晶格匹配、均匀性好以及成本低等优点，因此硅基HgCdTe焦平面探测器成为近年来研究的热点。但是由于硅衬底与晶态HgCdTe之间存在约19%的晶格失配，会影响HgCdTe薄膜材料的生长以及材料的质量。另外，为了降低器件的暗电流，晶态HgCdTe薄膜器件大都需要制冷到较低温下工作，这增加了红外成像系统的重量和功耗。而非晶态半导体材料对衬底无选择性，具有制备工艺简单、成本低的优点，并且由非晶态半导体材料制备的红外探测器具有工艺简单、面阵规模大、均匀性好、工作温度高的特点，可大大降低红外探测器的制作成本。

一般的异质结探测器大都指由两种不同的晶态半导体材料组成的探测器，且常需要制冷到低温下工作。目前未见有关非晶态碲镉汞/晶态硅（a-HgCdTe/c-Si）异质结红外探测器的研究报道。

发明内容

本发明提供一种由非晶态半导体材料和晶态半导体材料构成的异质结红外探测器。

本发明所述的非晶态碲镉汞/晶态硅异质结红外探测器，其特征在于：由晶态硅基底、非晶态碲镉汞、金属第一电极和金属第二电极组成，其中，非晶态碲镉汞与晶态硅基底构成异质结，非晶态碲镉汞与晶态硅基底直接相连，金属第一电极与非晶态碲镉汞连接，金属第二电极与晶态硅基底连接。

本发明所述的非晶态碲镉汞/晶态硅异质结红外探测器，通过以下具体工艺步骤来实现：

第一步，衬底清洗：利用丙酮溶液，通过超声波清洗晶态硅基底，去除表面的杂质和污物，用无水乙醇浸泡，彻底清除晶态硅基底表面残存的杂质及溶液，取出用氮气吹干待用，晶态基底的厚度约为500μm；

第二步，制备非晶态碲镉汞薄膜：把清洗后的晶态硅基底放入射频磁控溅射设备内，以多晶态碲镉汞材料为溅射靶材，利用射频磁控溅射方法在晶态硅基底上生长一层非晶态碲镉汞薄膜，薄膜厚度为1～2μm；

第三步，光敏面成型：利用常规的半导体器件光刻技术，形成光敏面图形，然后利用离子束刻蚀技术，形成非晶态碲镉汞与晶态硅基底构成的异质结的光敏面；

第四步，金属电极制备：在晶态硅基底的表面和非晶态碲镉汞薄膜的表面生长金属电极膜层，通过常规的半导体器件光刻和离子束刻蚀技术制备出金属第一电极和金属第二电极；

第五步，封装测试：把非晶态碲镉汞/晶态硅异质结红外探测器焊接封装在杜瓦瓶内进行性能测试。

本发明所述的非晶态碲镉汞/晶态硅异质结红外探测器，还可以通过下述工艺步骤来实现：

第一步，衬底清洗：利用丙酮溶液，通过超声波清洗晶态硅基底，去除表面的杂质和污物，用无水乙醇浸泡，彻底清除晶态硅基底表面残存的杂质及溶液，取出用氮气吹干待用，晶态基底的厚度约为500μm；

第二步，金属第二电极制备：在晶态硅基底上生长金属电极膜层，通过常规的半导体器件光刻和离子束刻蚀技术制备出金属第二电极；

第三步，制备非晶态碲镉汞薄膜：把清洗后的晶态硅基底放入射频磁控溅射设备内，以多晶态碲镉汞材料为溅射靶材，利用射频磁控溅射方法在晶态硅基底上生长一层非晶态碲镉汞薄膜，薄膜厚度为1～2μm；

第四步，光敏面成型：利用常规的半导体器件光刻技术，形成光敏面图形，然后利用离子束刻蚀技术，形成非晶态碲镉汞与晶态硅基底构成的异质结的光敏面；

第五步，金属第一电极制备：在非晶态碲镉汞薄膜的表面生长金属电极膜层，通过常规的半导体器件光刻和离子束刻蚀技术制备出金属第一电极；

第六步，封装测试：把非晶态碲镉汞/晶态硅异质结红外探测器焊接封装在杜瓦瓶内进行性能测试。

通过实验证明，本发明提供了基于新材料体系的异质结红外探测器，非晶态半导体材料对衬底无选择性，组成异质结的材料之间的晶格匹配性能较好，并具有显著的光电响应。该探测器的最佳工作温度在近室温（T=250K），利用两级半导体制冷即可，大大降低了红外探测器组件的重量、功耗及制作成本。

附图说明

图1是本发明提供的非晶态碲镉汞/晶态硅异质结红外探测器第一种实施方式的结构示意图；