[发明专利]长波限电调节红外光摄像靶

说明书

本发明涉及一种采用半导体材料经相关工艺加工制备而成的长波限电调节红外光摄像靶，该摄像靶可通过施加外电压的影响在较宽范围领域内对每个摄像单元的光响应的长波限进行调节，从而对红外图象的彩色进行分辨，使每个摄像单元均能具备采集成像点不同频谱红外彩色信息的效果。

现有的红外光摄像靶主要分为红外光子型摄像靶和热成像型摄像靶两大类。红外光子型摄像靶由于其结构和材料等原因，虽具备灵敏度高、响应时间快等特点，但这类器件采用现存的工艺一旦制备完成，其光响应的长波限就为确定值，无法通过施加外电路电压的变化来改变其长波限，不能测定红外图像的波长分布特性，也就是说不能辨别被测光的光谱分布，因而其应用范围受到局限，尤其是无法满足光电技术的进一步发展之需求；现有的热成像摄像靶虽然具有较宽的接收光波长的特点，但其灵敏度和时间响应效果较差，器件自身不具备辨色能力，尽管可以和光子型摄像靶形成互补的优缺点，但仍不能满足光电技术发展的需求，尤其是难以适应近代红外遥感、遥测技术的发展要求。

本发明的目的在于克服现有红外光摄像靶技术中所存在的长波限不能随外加电压而变化，因而不能辨色等的突出缺点，本发明所涉及的器件采用常规的半导体材料经加工工艺制备成一种通过外加电路电压的简便调节改变器件的长波限的红外光摄像靶。

为了实现上述发明目的，本发明所描述的红外光摄像靶，其基本的光敏单元是一个三层的半导体结构，其几何结构和常规晶体三极管相近，第一层为红外光吸收区(几何结构上相近于三极管的发射区)，吸收红外光，并使该层内的电子(若器件结构为NPN型)跃迁至高能态(带内跃迁)；第二层结构和原理上都相近于三极管的基区，与第一层半导体组成势垒区，改变层间电压即可改变势垒高度，亦即改变了通过该区的电子的阀值能量；第三层为收集区，结构和原理上均相近于三极管的集电区，收集由红外光激发(第一层)且能量上能大于一、二层势垒高度的渡越进第二层并为二、三层间反向电压高势垒扫入第三层中的电子，由此提供一种和入射红外光中能量大于一、二层势垒高度光子总量相应的电流源。本发明的结构特性点在于第一层，既要做到充分吸收入射红外光，又要做到在该层内能量驰豫尽量低，以确保进入势垒区边界时，电子能量不会有较大的降低，为此该层需制作得相当薄，可能的选择有：重掺N型半导体(同质)、多晶或非晶或M-S固溶体(异质)。第一势垒亦非常重要，基于上述考虑势垒区亦需足够薄，因而第二层(P区)应具有甚高的掺杂浓度，第三层比较简单，和常规三极管收集区相近，但若考虑入射光从第三层射入，则需考虑尽量减少光损耗。

本发明的内容是采用常规的半导体材料和相应的工艺技术加工制备光电摄像阵列，选择高阻抗半导体材料为衬底，经过氧化、光刻并进行低浓度掺杂剂扩散而形成收集区(即C区)，再在收集区上经过多次氧化、光刻、扩散后形成极薄的发射区(即E区)和类似于常规半导体三极管基区的基区(即B区)，从而构成N⁺PN^-结构的光敏单元，再用常规的集成工艺将由若干个光敏单元组成的红外光摄像元兼容制备时序电路集成于同一半导体芯片上形成长波限可随外电压调节的红外光摄像靶。所制备的光敏单元，其发射区极薄，可以为高掺杂的硅晶体，也可以采用贵金属的硅合金或者是高掺杂的多晶或单晶。

本发明和现有的红外光摄像靶相比，具有加工制备工艺技术成熟而简单，器件长波限因其结构特点可由外加电压调节，制备的摄像靶具有性能稳定、可靠，长波限可方便调节等优点。

图1为本发明之光敏单元原理结构示意图。

本发明采用成熟的硅材料和相应的硅微电子加工工艺来制备光电摄像阵列。本发明中光敏单元的制备可用如下方法完成：选择高阻P型半导体材料为衬底。经氧化、光刻并进行低浓度N型掺杂剂扩散，形成收集区(即C区)1，再在C区上经反复多次氧化、光刻、扩散分别形成发射区(即E区)2和基区(即B区)3，其中发射区2甚至可以是高掺杂的硅晶体也可为贵金属的硅合金(为贵合金情况下第一势垒为肖特基势垒)或高掺杂多晶或非晶，如此形成的N⁺PN^-结构即为本发明的光敏单元。本发明实施也可选择甚低掺杂的N型半导体材料为衬底，再用类似于上述工艺制备形成PNP结构(或MNP结构)的光敏单元。