[发明专利]一种平面碲镉汞雪崩二极管探测器及其制备方法

说明书

本发明提出了一种平面碲镉汞雪崩二极管探测器及其制备方法，用以降低平面碲镉汞雪崩二极管探测器柱面结和球面结耗尽区中的电场强度，进而降低相应的隧穿电流，提高雪崩击穿电压，提升线性模式下的增益。所述方法，包括：在碲镉汞表面沉积钝化层；通过常规掺杂对碲镉汞进行P型掺杂；通过常规掺杂在P型碲镉汞材料上进行N型掺杂，形成N⁺中心区，高掺杂N⁺保护环和低掺杂N^‑区；生成穿透钝化层的位于高掺杂N⁺中心区和碲镉汞P型掺杂区的光敏元电极接触孔和公共电极接触孔；在电极接触孔形成光敏元电极和公共电极。

技术领域

本发明涉及红外探测器技术领域，尤其涉及一种平面碲镉汞雪崩二极管探测器及其制备方法。

背景技术

碲镉汞雪崩二极管探测器依据工作偏压的不同可以分别工作在盖革模式和线性模式下。在盖革模式下，碲镉汞雪崩二极管探测器的工作偏压高于雪崩击穿电压，输出信号幅值与接收到的光电信号幅值无关，需要外部电路对探测器进行淬灭后才能进行下一次的信号探测；在线性模式下，碲镉汞雪崩二极管探测器的工作偏压低于雪崩击穿电压，碲镉汞雪崩二极管探测器的增益随偏压改变，可以对接收到的光电信号进行高速、连续、成比例的放大输出，无需外部淬灭电路。

碲镉汞雪崩二极管探测器属于第三代红外探测器技术，碲镉汞材料在特定的组分区间内具有单载流子激发雪崩的特性，能够实现近无过剩噪声特性的雪崩放大。碲镉汞雪崩光电二极管具有高灵敏度、高增益带宽积、高信噪比等特点，此外在线性模式下能够无“盲时间”的高速、连续工作，在光纤通信、空间通信、三维激光雷达、天文观测及大气探测等领域有广阔的应用前景。

碲镉汞雪崩二极管探测器通常采用PIN结构，具体的实现方式有平面型、台面型和环孔型。碲镉汞雪崩二极管探测器工作时，外加偏压主要降落在PN结的耗尽区内。实际形成的常规的平面碲镉汞雪崩二极管探测器PN结与理想情况有很大区别，如图1所示，其中，11为碲镉汞P型掺杂区，12为碲镉汞低掺杂N-区，13为碲镉汞高掺杂N+区，14为碲镉汞表面钝化膜层，15为探测光敏元电极，16为公共电极。实际的PN结可以分为横向的柱面结、纵向的平面结以及拐角处的球面结三部分，由于柱面结和球面结的曲率半径要小于平面结的曲率半径，造成柱面结和球面结处的电场严重集中，使得在柱面结和球面结处与电场相关的隧穿电流远高于平面结处的隧穿电流，并且柱面结和球面结处的雪崩击穿电压要低于平面结处的击雪崩击穿电压，限制了碲镉汞雪崩二极管探测器的在线性模式下的有效工作偏压范围和相应的增益范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题是降低平面碲镉汞雪崩二极管探测器柱面结和球面结耗尽区中的电场强度，进而降低相应的隧穿电流，提高雪崩击穿电压，提升线性模式下的增益，提供一种平面碲镉汞雪崩二极管探测器及其制备方法。

本发明采用的技术方案是，所述平面碲镉汞雪崩二极管探测器制备方法，包括：

在碲镉汞表面沉积钝化层；

通过常规掺杂对碲镉汞进行P型掺杂；

通过常规掺杂在P型碲镉汞材料上进行N型掺杂，形成N⁺中心区，高掺杂N⁺保护环和低掺杂N^-区；

生成穿透钝化层的位于高掺杂N+中心区和碲镉汞P型掺杂区的光敏元电极接触孔和公共电极接触孔；

在电极接触孔形成光敏元电极和公共电极。

在一种可能的实施方式中，所述高掺杂N⁺保护环由至少一层保护环构成。

在一种可能的实施方式中，所述高掺杂N⁺保护环由1～4层保护环构成。

在一种可能的实施方式中，相邻两层高掺杂N⁺保护环之间的间距为2～8μm。