鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器及其制作方法
【專利摘要】一種鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器，包括抗反射膜層、P型外延硅襯底層、光敏層、SiO2光腔介質(zhì)層和鋁鏡反射膜層；所述抗反射膜層、P型外延硅襯底層、光敏層、SiO2光腔介質(zhì)層和鋁鏡反射膜層依次層疊在一起形成紅外探測(cè)器；其改進(jìn)在于：所述光敏層由鈀硅納米線陣列形成；所述紅外探測(cè)器的工作模式采用背照方式；所述紅外探測(cè)器工作于室溫環(huán)境下。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：采用鈀硅納米線制作技術(shù)，在提高紅外探測(cè)器性能的同時(shí)，大幅度提高Pd2Si/P-Si紅外探測(cè)器的信噪比，探測(cè)器可在室溫環(huán)境下工作。
【專利說明】鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種紅外探測(cè)器，尤其涉及一種鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器及其制作 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)明人早先提出過一件主題名稱為"鉬硅納米線紅外探測(cè)器及其制作方法"的發(fā) 明專利申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)枺?01410081602. 4)，由該技術(shù)獲得的紅外探測(cè)器雖然性能得到了提升， 但其工作時(shí)，需要用液氮來進(jìn)行制冷，而液氮制冷結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大，不利于裝置的小型 化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)【背景技術(shù)】中的問題，本發(fā)明提出了一種鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器，包括抗 反射膜層、P型外延硅襯底層、光敏層、Si0 2光腔介質(zhì)層和鋁鏡反射膜層；所述抗反射膜層、 P型外延硅襯底層、光敏層、Si02光腔介質(zhì)層和鋁鏡反射膜層依次層疊在一起形成紅外探測(cè) 器； 創(chuàng)新在于：所述光敏層由鈀硅納米線陣列形成；所述紅外探測(cè)器的工作模式采用背照 方式；所述紅外探測(cè)器工作于室溫環(huán)境下。
[0004] 前述鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器的工作原理是：紅外輻射從探測(cè)器背面入射，經(jīng) 抗反射膜層進(jìn)入P型外延硅襯底層，光子能量小于Si禁帶寬度的紅外輻射穿過P型外延 硅襯底層后透射進(jìn)入由鈀硅納米線陣列構(gòu)成的光敏層中，一部分紅外輻射被鈀硅納米線陣 列吸收，激發(fā)出電子-空穴對(duì)，另一部分紅外輻射從光敏區(qū)透射出去并進(jìn)入光學(xué)諧振腔，經(jīng) 鋁鏡反射膜層反射后，重新折回光敏層并被鈀硅納米線吸收，激發(fā)出電子-空穴對(duì)；由鈀硅 納米線光敏層產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)中，能量超過勢(shì)壘高度的熱空穴越過Pd 2Si/P-Si勢(shì)壘， 進(jìn)入P型外延硅襯底層，從而在鈀硅納米線光敏層內(nèi)形成電子積累，同時(shí)P型外延硅襯底層 內(nèi)也形成空穴積累，光敏層內(nèi)積累的電子被輸出二極管收集，完成對(duì)紅外輻射的探測(cè)。由于 紅外輻射在鈀硅納米線之間多次反射，增加了光敏層對(duì)紅外輻射的吸收，此外，鈀硅納米線 陣列與P型外延硅襯底層形成肖特基勢(shì)壘接觸，存在較大的邊緣場(chǎng)效應(yīng)，產(chǎn)生很大的邊緣 電場(chǎng)，導(dǎo)致光生電子發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，提高了紅外探測(cè)器的量子效率。Pd 2Si/P-Si肖特 基勢(shì)壘高度為〇. 33eV，PtSi/P-Si肖特基勢(shì)壘高度為0. 21eV，故在相同制冷溫度下，Pd2Si/ P-Si紅外探測(cè)器的暗電流比PtSi/P-Si紅外探測(cè)器的暗電流小幾十倍，PtSi/P-Si紅外探 測(cè)器需要在液氮制冷溫度（80K)下工作。而本發(fā)明的Pd 2Si/P-Si紅外探測(cè)器可在無制冷器 條件下工作于室溫環(huán)境。
[0005] 與現(xiàn)有技術(shù)相同地，所述鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器上還設(shè)置有輸出二極管、P+ 溝阻、電極引線、P+擴(kuò)散地和N保護(hù)環(huán)。
[0006] 優(yōu)選地，所述抗反射膜層由硅納米線陣列形成。
[0007] -種鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器制作方法，按如下步驟制作鈀硅納米線室溫紅外 探測(cè)器： 1) 提供雙面拋光的P型外延硅襯底層； 2) 在P型外延硅襯底層上雙面生長(zhǎng)二氧化硅介質(zhì)層，在P型外延硅襯底層正面的二氧 化娃介質(zhì)層上淀積氮化娃介質(zhì)層； 3) 采用硼擴(kuò)散工藝在P型外延硅襯底層上分別形成P+溝阻和P+擴(kuò)散地； 4) 采用磷離子注入工藝在P型外延硅襯底層上分別形成輸出二極管和N保護(hù)環(huán)； 5) 采用光刻工藝在P型外延硅襯底層正面形成光敏區(qū)；采用等離子刻蝕工藝將光敏區(qū) 內(nèi)的氮化硅介質(zhì)層刻蝕干凈；采用濕法工藝腐蝕光敏區(qū)和P型外延硅襯底層背面，將光敏 區(qū)和P型外延硅襯底層背面的二氧化硅介質(zhì)層去掉；獲得工藝片； 6) 采用超高真空濺射工藝，在工藝片雙面淀積鉬膜并原位退火；采用鉬輔助刻蝕工藝 在光敏區(qū)和P型外延硅襯底層背面制作硅納米線，然后用王水去除鉬膜；P型外延硅襯底層 背面的鉬膜被去除后，P型外延硅襯底層背面的硅納米線陣列即形成抗反射膜層； 7) 用稀氫氟酸溶液去除光敏區(qū)內(nèi)硅納米線上的自然氧化層，采用超高真空濺射工藝在 光敏區(qū)淀積鈀膜并原位退火，形成鈀硅納米線陣列，鈀硅納米線陣列即為光敏層，用王水腐 蝕去除光敏區(qū)外圍未反應(yīng)的鈀膜； 8) 利用PECVD工藝在光敏區(qū)及外圍淀積低溫二氧化硅光腔介質(zhì)薄膜，形成Si02光腔介 質(zhì)層； 9) 采用光刻工藝，刻蝕出引線孔； 10) 采用磁控濺射工藝在Si02光腔介質(zhì)層上淀積鋁膜，然后采用光刻工藝形成鋁鏡反 射膜層和電極引線壓點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：采用鈀硅納米線制作技術(shù)，在提高紅外探測(cè)器性能的 同時(shí)，大幅度提高Pd 2Si/P_Si紅外探測(cè)器的信噪比，探測(cè)器可在室溫環(huán)境下工作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中各個(gè)標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱分別為：抗反射膜層l、p型外延硅襯底層2、光敏層3、Si02 光腔介質(zhì)層4、鋁鏡反射膜層5、輸出二極管6、P+溝阻7、電極引線8、P+擴(kuò)散地9、N保護(hù)環(huán) 10、二氧化硅介質(zhì)層11、氮化硅介質(zhì)層12。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 一種鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器，包括抗反射膜層l、p型外延硅襯底層2、光敏層 3、Si0 2光腔介質(zhì)層4和鋁鏡反射膜層5 ;所述抗反射膜層1、P型外延硅襯底層2、光敏層3、 Si02光腔介質(zhì)層4和鋁鏡反射膜層5依次層疊在一起形成紅外探測(cè)器； 其創(chuàng)新在于：所述光敏層3由鈀硅納米線陣列形成；所述紅外探測(cè)器的工作模式采用 背照方式；所述紅外探測(cè)器工作于室溫環(huán)境下。
[0011] 進(jìn)一步地，所述鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器上還設(shè)置有輸出二極管6、P+溝阻7、 電極引線8、P+擴(kuò)散地9和N保護(hù)環(huán)10。
[0012] 進(jìn)一步地，所述抗反射膜層1由硅納米線陣列形成。
[0013] 一種鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器制作方法，按如下步驟制作鈀硅納米線室溫紅外 探測(cè)器： 1) 提供雙面拋光的P型外延硅襯底層2 ; 2) 在P型外延硅襯底層2上雙面生長(zhǎng)二氧化硅介質(zhì)層11，在P型外延硅襯底層2正面 的二氧化硅介質(zhì)層11上淀積氮化硅介質(zhì)層12 ; 3) 采用硼擴(kuò)散工藝在P型外延硅襯底層2上分別形成P+溝阻7和P+擴(kuò)散地9 ; 4) 采用磷離子注入工藝在P型外延硅襯底層2上分別形成輸出二極管6和N保護(hù)環(huán) 10 ； 5) 采用光刻工藝在P型外延硅襯底層2正面形成光敏區(qū)；采用等離子刻蝕工藝將光敏 區(qū)內(nèi)的氮化硅介質(zhì)層12刻蝕干凈；采用濕法工藝腐蝕光敏區(qū)和P型外延硅襯底層2背面， 將光敏區(qū)和P型外延硅襯底層2背面的二氧化硅介質(zhì)層11去掉；獲得工藝片； 6) 采用超高真空濺射工藝，在工藝片雙面淀積鉬膜并原位退火；采用鉬輔助刻蝕工藝 在光敏區(qū)和P型外延硅襯底層2背面制作硅納米線，然后用王水去除鉬膜；P型外延硅襯底 層2背面的鉬膜被去除后，P型外延硅襯底層2背面的硅納米線陣列即形成抗反射膜層1 ; 7) 用稀氫氟酸溶液去除光敏區(qū)內(nèi)硅納米線上的自然氧化層，采用超高真空濺射工藝在 光敏區(qū)淀積鈀膜并原位退火，形成鈀硅納米線陣列，鈀硅納米線陣列即為光敏層3,用王水 腐蝕去除光敏區(qū)外圍未反應(yīng)的鈀膜； 8) 利用PECVD工藝在光敏區(qū)及外圍淀積低溫二氧化硅光腔介質(zhì)薄膜，形成Si02光腔介 質(zhì)層4 ; 9) 采用光刻工藝，刻蝕出引線孔； 10) 采用磁控濺射工藝在Si02光腔介質(zhì)層4上淀積鋁膜，然后采用光刻工藝形成鋁鏡 反射膜層5和電極引線壓點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器，包括抗反射膜層（1)、P型外延硅襯底層（2)、光敏 層（3)、Si0 2光腔介質(zhì)層（4)和鋁鏡反射膜層（5);所述抗反射膜層（1)、P型外延硅襯底層 (2)、光敏層（3)、Si02光腔介質(zhì)層（4)和鋁鏡反射膜層（5)依次層疊在一起形成紅外探測(cè) 器； 其特征在于：所述光敏層（3)由鈀硅納米線陣列形成；所述紅外探測(cè)器的工作模式采 用背照方式；所述紅外探測(cè)器工作于室溫環(huán)境下。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器，其特征在于：所述鈀硅納米線 室溫紅外探測(cè)器上還設(shè)置有輸出二極管（6)、P+溝阻（7)、電極引線（8)、P+擴(kuò)散地（9)和N 保護(hù)環(huán)（10)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器，其特征在于：所述抗反射膜層 (1)由娃納米線陣列形成。
4. 一種鈀硅納米線室溫紅外探測(cè)器制作方法，其特征在于：按如下步驟制作鈀硅納米 線室溫紅外探測(cè)器： 1)提供雙面拋光的P型外延硅襯底層（2); 2 )在P型外延硅襯底層（2 )上雙面生長(zhǎng)二氧化硅介質(zhì)層（11 )，在P型外延硅襯底層（2 ) 正面的二氧化硅介質(zhì)層（11)上淀積氮化硅介質(zhì)層（12); 3) 采用硼擴(kuò)散工藝在P型外延硅襯底層（2)上分別形成P+溝阻（7)和P+擴(kuò)散地（9); 4) 采用磷離子注入工藝在P型外延硅襯底層（2)上分別形成輸出二極管（6)和N保護(hù) 環(huán)（10); 5) 采用光刻工藝在P型外延硅襯底層（2)正面形成光敏區(qū)；采用等離子刻蝕工藝將光 敏區(qū)內(nèi)的氮化硅介質(zhì)層（12)刻蝕干凈；采用濕法工藝腐蝕光敏區(qū)和P型外延硅襯底層（2) 背面，將光敏區(qū)和P型外延硅襯底層（2)背面的二氧化硅介質(zhì)層（11)去掉；獲得工藝片； 6) 采用超高真空濺射工藝，在工藝片雙面淀積鉬膜并原位退火；采用鉬輔助刻蝕工藝 在光敏區(qū)和P型外延硅襯底層（2)背面制作硅納米線，然后用王水去除鉬膜；P型外延硅襯 底層（2)背面的鉬膜被去除后，P型外延硅襯底層（2)背面的硅納米線陣列即形成抗反射膜 層⑴； 7) 用稀氫氟酸溶液去除光敏區(qū)內(nèi)硅納米線上的自然氧化層，采用超高真空濺射工藝在 光敏區(qū)淀積鈀膜并原位退火，形成鈀硅納米線陣列，鈀硅納米線陣列即為光敏層（3)，用王 水腐蝕去除光敏區(qū)外圍未反應(yīng)的鈀膜； 8) 利用PECVD工藝在光敏區(qū)及外圍淀積低溫二氧化硅光腔介質(zhì)薄膜，形成Si02光腔介 質(zhì)層（4); 9) 采用光刻工藝，刻蝕出引線孔； 10) 采用磁控濺射工藝在Si02光腔介質(zhì)層（4)上淀積鋁膜，然后采用光刻工藝形成鋁 鏡反射膜層（5)和電極引線壓點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】H01L31/0352GK104143581SQ201410393284
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】李華高, 李仁豪, 龍飛, 鐘四成 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所