[发明专利]光伏型探测器阵列及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光伏探测器件技术领域，特别涉及光伏型探测器阵列，可用于红外侦查、红外制导和红外医疗。

技术背景

红外焦平面探测器阵列是红外系统的核心元件，其功能是将红外辐射转化成其它我们能够识别的信号。红外焦平面阵列器件是既具有红外信息获取又具有信息处理功能的先进的成像传感器。在空间对地观测、光电对抗、机器人视觉、医用和工业热成像、搜索与跟踪、以及导弹精确制导等军、民领域有重要而广泛的应用，高性能大规模的红外焦平面阵列已经大量应用于各种重大国家安全项目和重要新型武器系统中。由于其具有不可替代的地位和作用，世界上的主要工业大国都将红外焦平面阵列器件制备技术列为重点发展的高技术项目。

红外探测器的工作模式主要有光导型和光伏型两种，而光伏型红外探测器由于存在内建电场，暗电流较小，所以广泛应用于军事中，其中光伏型InSb红外探测器是目前研究最多的一种光伏型探测器，这种探测器多数以pn结为基础，可以构成光伏型焦平面阵列。近年来，红外焦平面阵列技术已经呈现出规格越来越大、像元中心距越来越小、多光谱探测应用越来越多、新材料不断涌现等的发展趋势。在高级红外应用系统的大力驱动下，红外探测技术已经从第一代的单元和线阵列，逐渐进入了以大面阵、小型化和多色化等特点的第三代红外焦平面探测器的发展阶段。随着航天和军事领域的飞速发展，对中波红外探测器件的性能要求越来越高，通过改善材料质量来提高探测器性能已远不能满足当前的应用需求，因此采用器件结构优化设计来提高探测器性能已成为国内外研究热点。

量子效率和串音是衡量光伏型探测器阵列性能的重要参数指标，它们会影响探测器阵列的探测率，在很大程度上决定着探测器的探测效果。1971年，Vernon L.Lambert等人提出了一种台面结构的InSb红外探测器阵列，提高了光生载流子的收集效率。为了进一步提高量子效率、减小串音，1981年，赵文琴首次提出在InSb阵列探测器中采用质子注入形成的高阻层进行隔离的方法，制备的InSb阵列探测器的串音降低到1.7～3.76％，然而量子效率的改善并不明显，仅为45％，参见InSb质子轰击损伤的隔离 效应,赵文琴,半导体学报,Vol.2,No.1,pp.14-21,1981。2006年，叶振华等人报道了一种带有增透会聚微镜的红外焦平面探测器，有效地提高了探测器的光电流，可将串音减小到1％，参见专利CN 100433328C。然而，该发明是通过从外部引入新型的增透会聚微镜来改善探测器的性能，一方面，增透会聚微镜的制备较为复杂，另一方面，该专利中在半导体器件结构设计方面并没有本质的创新。2011年，胡伟达等人报道了一种微透镜列阵InSb红外焦平面阵列的结构，该结构是通过采用硅微透镜结构增加了光吸收，从而改善了器件性能，通过硅微透镜结构优化可以使串音降低到4.2％，参见专利CN102201487B。然而，该发明需要在硅衬底上异质外延InSb材料，这将会导致n型InSb区域中尤其是硅衬底与n型InSb区域界面附近产生大量位错或缺陷，影响光生载流子的产生，并会俘获大量光生载流子，此外该发明还需要制备硅微透镜，因此该发明实现难度较大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种制造工艺简单、串音小、量子效率高的光伏型探测器阵列及其制作方法，以提高光伏型探测器阵列的性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种光伏型探测器阵列，该结构自上而下包括：n型InSb衬底和钝化层，n型InSb衬底上刻蚀有t×t个台面，t为整数且t≥1；每个台面上部均淀积有阳极，n型InSb衬底边缘上部淀积有“回”字形阴极；所述n型InSb衬底上部和每个台面侧面淀积有保护层，其特征在于：每个台面正下方的n型InSb衬底内均设有m个相同的p型锥形掺杂区，每个p型锥形掺杂区均与n型InSb衬底构成pn结，m为大于或等于1的整数。

作为优选，所述的n型InSb衬底刻蚀前的厚度k为4.4～22μm，刻蚀后的厚度s为4～14μm，掺杂浓度为1×10¹¹cm^-3～1×10¹⁶cm^-3。

作为优选，所述的每个台面的上、下表面均为正方形，正方形的边长L为5～52μm，每个台面的高度H均相同，H等于k减去s，且取值范围为0.4～8μm。

作为优选，所述的相邻两个台面的间距为d₁，最边缘台面与n型InSb衬底边缘之间的距离为d₂，d₁＝d₂，且取值范围为1～50μm。