[发明专利]一种双面环形Ge基长波红外和太赫兹探测器和制备方法

说明书

本发明公开了一种双面环形Ge基长波红外和太赫兹探测器和制备方法，该探测器包括上下二层，每一层由环状的吸收区、中心阻挡区、环状吸收区电极和中心阻挡区电极组成，层与层之间的吸收区和阻挡区电极分别通过欧姆接触串联，制备方法包括五个步骤，即通过光刻、离子注入、热蒸发技术在高阻Ge基底依次形成上吸收区，下吸收区，上电极区，下电极区，以及上下电极串联端。本发明的优点是：双面环形的器件结构有效增强了入射光子吸收和光生电子‑空穴对的产生效率，提高了量子效率，从而提高了传统BIB型光子探测器的探测率，并且与当前的半导体工艺技术相兼容。

技术领域

本发明涉及一种基于BIB(阻挡杂质带)杂质带吸收光电导原理的新型结构的红外/探测器和制备方法，特别适合于波长处于40-300微米范围的长波红外和太赫兹光的探测。

背景技术

红外探测技术在气象预报、环境监控、导弹制导、夜视成像等领域有重要的应用需求，这方面以HgCdTe、InGaAs等主流的红外探测器为主，主要响应1-20微米波段。这类器件是基于半导体pn结构光伏效应原理工作，因而，探测器的响应率高并且器件具有较高的工作温度(液氮)，发展迅速。但受材料类型的制约，探测器的响应波长较短。

近年来，随着国家对深空红外探测技术的需求，阻挡杂质带(BIB)探测器日益得到重视，主要的器件类型及响应波段有：硅掺砷(Si:As)覆盖10～25μm，硅掺锑(Si:Sb)覆盖20～40μm，锗掺镓(Ge:Ga)覆盖40～70μm，应变锗掺镓(Ge:Ga)覆盖70～200μm，特别是GaAs掺碲(GaAs:Te)的响应波长范围长达30～300μm，是探测深空冷对象的最优探测器。由于探测波长较长，BIB探测器的工作原理利用杂质光电导效应，不同的是增加一层相同材料类型的高电阻阻挡层，有效降低了器件暗电流。然而，随着探测波长延长，大部分入射光子不能被基底材料吸收导致器件的量子效率急剧降低，一般Ge基BIB探测器的量子效率40％，同时，BIB结构的探测器产生的有效光生载流子主要发生在吸收区和阻挡区之间的耗尽区，较短的耗尽区也不利于光子的有效吸收利用，限制了探测器的量子效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种双面环形Ge基长波红外和太赫兹探测器，并提供一种实现该结构的制备方法，所述的新型探测器的结构和工作方式不同于传统的BIB探测器，其特征在于：

所述的探测器的环形吸收区和阻挡区代替了传统BIB探测器的背靠背结构，将耗尽区的长度增加了3倍；

所述的双面结构采用镜像方式，即上吸收区、上阻挡区、上吸收区电极和上阻挡区电极分别位于下吸收区、下阻挡区、下吸收区电极和下阻挡区电极的正上方；

所述的上吸收区电极和下吸收区电极为环形，上阻挡区电极和下阻挡区电极位于分别位于上阻挡区和下阻挡区的中心位置；

所述的上吸收区电极和下吸收区电极由吸收区串联导通，上阻挡区电极和下阻挡区电极由阻挡区串联导通；

所述的探测器的工作方式在于：吸收区串联端和阻挡区串联端分别施加固定大小的偏压，被探测光入射至上层器件表面，并穿透基底后入射至下层器件，通过监测电流的变化来探测入射光。

所述的Ge基底1是高阻型半导体材料，载流子浓度范围为1×10¹²～5×10¹⁴cm^-3。

所述的上吸收区2和下吸收区3的杂质类型一般为B、P和Ga，载流子浓度范围为5×10¹⁶～1×10¹⁸cm^-3，上吸收区2和下吸收区3的边长范围为90～900μm。

所述的上阻挡区4和下阻挡区5的边长范围为30～50μm。

一种实现该探测器的制备方法，包括如下步骤：