[发明专利]钯硅纳米线室温红外探测器及其制作方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种红外探测器，尤其涉及一种钯硅纳米线室温红外探测器及其制作方法。

背景技术

    发明人早先提出过一件主题名称为“铂硅纳米线红外探测器及其制作方法”的发明专利申请（申请号：201410081602.4），由该技术获得的红外探测器虽然性能得到了提升，但其工作时，需要用液氮来进行制冷，而液氮制冷结构复杂、体积较大，不利于装置的小型化。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种钯硅纳米线室温红外探测器，包括抗反射膜层、P型外延硅衬底层、光敏层、SiO₂光腔介质层和铝镜反射膜层；所述抗反射膜层、P型外延硅衬底层、光敏层、SiO₂光腔介质层和铝镜反射膜层依次层叠在一起形成红外探测器；

创新在于：所述光敏层由钯硅纳米线阵列形成；所述红外探测器的工作模式采用背照方式；所述红外探测器工作于室温环境下。

前述钯硅纳米线室温红外探测器的工作原理是：红外辐射从探测器背面入射，经抗反射膜层进入P型外延硅衬底层， 光子能量小于Si禁带宽度的红外辐射穿过P型外延硅衬底层后透射进入由钯硅纳米线阵列构成的光敏层中，一部分红外辐射被钯硅纳米线阵列吸收，激发出电子-空穴对，另一部分红外辐射从光敏区透射出去并进入光学谐振腔，经铝镜反射膜层反射后，重新折回光敏层并被钯硅纳米线吸收，激发出电子-空穴对；由钯硅纳米线光敏层产生的电子-空穴对中，能量超过势垒高度的热空穴越过Pd₂Si/P-Si势垒，进入P型外延硅衬底层，从而在钯硅纳米线光敏层内形成电子积累，同时P型外延硅衬底层内也形成空穴积累，光敏层内积累的电子被输出二极管收集，完成对红外辐射的探测。由于红外辐射在钯硅纳米线之间多次反射，增加了光敏层对红外辐射的吸收，此外，钯硅纳米线阵列与P型外延硅衬底层形成肖特基势垒接触，存在较大的边缘场效应，产生很大的边缘电场，导致光生电子发生雪崩倍增效应，提高了红外探测器的量子效率。Pd₂Si/P-Si肖特基势垒高度为0.33eV，PtSi/P-Si肖特基势垒高度为0.21eV，故在相同制冷温度下，Pd₂Si/P-Si红外探测器的暗电流比PtSi/P-Si红外探测器的暗电流小几十倍，PtSi/P-Si红外探测器需要在液氮制冷温度（80K）下工作。而本发明的Pd₂Si/P-Si红外探测器可在无制冷器条件下工作于室温环境。

与现有技术相同地，所述钯硅纳米线室温红外探测器上还设置有输出二极管、P+沟阻、电极引线、P+扩散地和N保护环。

优选地，所述抗反射膜层由硅纳米线阵列形成。

一种钯硅纳米线室温红外探测器制作方法，按如下步骤制作钯硅纳米线室温红外探测器：

1）提供双面抛光的P型外延硅衬底层；

2）在P型外延硅衬底层上双面生长二氧化硅介质层，在P型外延硅衬底层正面的二氧化硅介质层上淀积氮化硅介质层；

3）采用硼扩散工艺在P型外延硅衬底层上分别形成P+沟阻和P+扩散地；

4）采用磷离子注入工艺在P型外延硅衬底层上分别形成输出二极管和N保护环；

5）采用光刻工艺在P型外延硅衬底层正面形成光敏区；采用等离子刻蚀工艺将光敏区内的氮化硅介质层刻蚀干净；采用湿法工艺腐蚀光敏区和P型外延硅衬底层背面，将光敏区和P型外延硅衬底层背面的二氧化硅介质层去掉；获得工艺片；

6）采用超高真空溅射工艺，在工艺片双面淀积铂膜并原位退火；采用铂辅助刻蚀工艺在光敏区和P型外延硅衬底层背面制作硅纳米线，然后用王水去除铂膜；P型外延硅衬底层背面的铂膜被去除后，P型外延硅衬底层背面的硅纳米线阵列即形成抗反射膜层；

7）用稀氢氟酸溶液去除光敏区内硅纳米线上的自然氧化层，采用超高真空溅射工艺在光敏区淀积钯膜并原位退火，形成钯硅纳米线阵列，钯硅纳米线阵列即为光敏层，用王水腐蚀去除光敏区外围未反应的钯膜；

8）利用PECVD工艺在光敏区及外围淀积低温二氧化硅光腔介质薄膜，形成SiO₂光腔介质层；

9）采用光刻工艺，刻蚀出引线孔；

10）采用磁控溅射工艺在SiO₂光腔介质层上淀积铝膜，然后采用光刻工艺形成铝镜反射膜层和电极引线压点。

本发明的有益技术效果是：采用钯硅纳米线制作技术，在提高红外探测器性能的同时，大幅度提高Pd₂Si/P-Si红外探测器的信噪比，探测器可在室温环境下工作。