本發(fā)明涉及鉛鹽紅外陣列傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種能有效抑制行列掃描方式陣列耦合效應(yīng)的鉛鹽紅外陣列傳感器的芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、紅外探測(cè)器作為信息化、數(shù)字化時(shí)代必不可少的戰(zhàn)略資源，已成為推動(dòng)智能傳感技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力。這些探測(cè)器能夠?qū)y帶物體輻射特征的不可見(jiàn)紅外信號(hào)可視化。目前紅外單元探測(cè)器已經(jīng)得到了充分研究，研究思路主要分為兩種，其一是在敏感材料性能方面進(jìn)行研究以提高探測(cè)率，其二是基于探測(cè)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如異質(zhì)結(jié)紅外探測(cè)器。然而，紅外探測(cè)器若需要進(jìn)一步拓寬應(yīng)用，必須研制面向多元成像的陣列探測(cè)器。

2、由于陣列探測(cè)器可以進(jìn)行二維成像的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注。陣列探測(cè)器按信號(hào)讀取方式可分為逐點(diǎn)掃描式和行列掃描式。逐點(diǎn)掃描式陣列傳感器其像元相對(duì)獨(dú)立，其探測(cè)信息由主控制板逐點(diǎn)讀取所得，因此該方式所需主控制板具有更高的內(nèi)存和運(yùn)算能力，并且在實(shí)現(xiàn)集成化時(shí)由于需要大量的互連引線，因此結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜。而行列掃描式相比逐點(diǎn)掃描具有更多優(yōu)點(diǎn)：m×n列的逐點(diǎn)式掃描傳感器所需輸出引腳數(shù)量為2×m×n，而m×n列的行列掃描式傳感器所需輸出引腳數(shù)量為m+n，充分降低互連復(fù)雜性。因此為制備高度集成陣列則優(yōu)先采用行列掃描式信號(hào)讀取方式。然而，m×n的紅外陣列具有(m+n-1)個(gè)有效方程，其所具有的串?dāng)_問(wèn)題導(dǎo)致其不能直接進(jìn)行信號(hào)求解。目前具有兩種思路的解決方案。其一是利用算法進(jìn)行解決：如電阻矩陣法，通過(guò)改變像元陣列端口的電壓或者電流，以求取每個(gè)像素的電阻，利用主控制板在探測(cè)單元陣列中多次掃描進(jìn)行電阻矩陣方程的建立；零電位法，利用運(yùn)算放大器將非掃描像元端口連接到虛擬地。但是此類方法并不適用所有類型傳感器，紅外傳感器在受到紅外線激發(fā)時(shí)，像元本身就會(huì)產(chǎn)生電壓，并且該方法大大增加了主控制板的運(yùn)算量以及傳感器的響應(yīng)時(shí)間。其二是在硬件結(jié)構(gòu)層面的解決方案。如利用場(chǎng)效應(yīng)管阻斷非掃描像元的串?dāng)_電流，或利用二極管的單向?qū)щ娦詠?lái)進(jìn)行串?dāng)_電流的抑制。此種方案所需二極管和場(chǎng)效應(yīng)管的體積導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成。因此，目前兩種解決方式并不能在解決耦合電流的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高度集成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)解耦和高度集成的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鉛鹽紅外傳感陣列結(jié)構(gòu)及其制備方法。本發(fā)明采用多種薄膜制備工藝構(gòu)建傳感器結(jié)構(gòu)，集成異質(zhì)pn結(jié)和鉛鹽敏感元對(duì)行列掃描式信號(hào)讀取方式中存在的耦合電流進(jìn)行有效抑制，大幅提升探測(cè)信號(hào)的準(zhǔn)確性。利用鈍化絕緣層提升鉛鹽敏感元可靠性的同時(shí)進(jìn)行橫向輸入、縱向輸出電極的電性隔離，構(gòu)建不同的導(dǎo)電層，降低了互通復(fù)雜性，提高了探測(cè)器的可集成性。

2、本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種鉛鹽紅外傳感陣列結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括襯底、由若干探測(cè)單元組成的探測(cè)單元陣列、m列縱向電極、鈍化絕緣層、n行橫向電極，其特征在于：探測(cè)單元包括探測(cè)單元鉛鹽敏感元、探測(cè)單元連接電極、探測(cè)單元共用電極以及探測(cè)單元異質(zhì)pn結(jié)，探測(cè)單元連接電極、探測(cè)單元共用電極分別設(shè)置于探測(cè)單元鉛鹽敏感元同一平面兩側(cè)，m列縱向電極與若干探測(cè)單元的探測(cè)單元鉛鹽敏感元、探測(cè)單元連接電極、探測(cè)單元共用電極位于同一平面，所述鈍化絕緣層完整包覆若干探測(cè)單元的探測(cè)單元鉛鹽敏感元、探測(cè)單元連接電極、探測(cè)單元共用電極和m列縱向電極，在探測(cè)單元共用電極、各列縱向電極焊盤區(qū)位置對(duì)應(yīng)設(shè)有鈍化絕緣層通孔，通孔面積大小占下方電極面積的60％-70％，在所述探測(cè)單元共用電極對(duì)應(yīng)位置的通孔內(nèi)嵌入探測(cè)單元異質(zhì)pn結(jié)，所述鈍化絕緣層與探測(cè)單元異質(zhì)pn結(jié)處于同一平面，在所述若干嵌有探測(cè)單元異質(zhì)pn結(jié)的位置上方設(shè)置n行橫向電極與橫向電極焊盤區(qū)，橫向電極焊盤區(qū)設(shè)置于各行橫向電極同一側(cè)，用于進(jìn)行各列探測(cè)單元信號(hào)連通。由于鉛鹽敏感元探測(cè)波段為1-5um的紅外信號(hào)，因此設(shè)置在中間層的鈍化絕緣層不導(dǎo)電且在1-5um波段具有高透過(guò)性，能夠有效地在m列縱向電極和n行橫向電極之間形成電隔離，提升鉛鹽探測(cè)器的可靠性和穩(wěn)定性。電信號(hào)通過(guò)某行橫向電極輸入，通過(guò)探測(cè)單元異質(zhì)pn結(jié)正向傳輸，經(jīng)探測(cè)單元共用電極傳輸至探測(cè)單元鉛鹽敏感元，再由探測(cè)單元連接電極傳輸至各列縱向電極，進(jìn)行信號(hào)讀取，而耦合電流經(jīng)反向流過(guò)探測(cè)單元異質(zhì)pn結(jié)能夠被有效截止。

4、進(jìn)一步地，所述探測(cè)單元鉛鹽敏感元材質(zhì)為硫化鉛或硒化鉛中的一種，厚度為0.4-2um。

5、進(jìn)一步地，m×n陣列，4≤m≤320，4≤n≤240。

6、進(jìn)一步地，所述探測(cè)單元鉛鹽敏感元間隔取決于其尺寸。

7、進(jìn)一步地，所述探測(cè)單元連接電極材質(zhì)為鉻、銀、鈦、鉬、金、銅、鎳中的一種或多種組合，所述探測(cè)單元共用電極材質(zhì)為鉻、銀、鈦、鉬、金、銅、鎳中的一種或多種組合，所述m列縱向電極的材質(zhì)為鉻、銀、鈦、鉬、金、銅、鎳中的一種或多種組合，所述n行橫向電極材質(zhì)為鉻、銀、鈦、鉬、金、銅、鎳中的一種或多種組合。

8、進(jìn)一步地，所述鈍化絕緣層材質(zhì)為硫化亞砷、碲化鎘、硒化鋅、氟化鎂、氟化鍶、氟化鋇、氟化鋁、氟化鈣、氧化銦、氧化鋁、和氧化硅中的一種或多種組合。

9、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種鉛鹽紅外傳感陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，用于制作本發(fā)明第一方面的任一項(xiàng)所述的鉛鹽紅外傳感陣列結(jié)構(gòu)，包括：

10、(1)提供襯底，在所述襯底上制備探測(cè)單元鉛鹽敏感元陣列；

11、所述襯底材質(zhì)為玻璃、陶瓷、硅、鍺和藍(lán)寶石中的一種。所述鉛鹽敏感元材質(zhì)為硫化鉛或硒化鉛中的一種，厚度為0.4-2um。

12、(2)在所述若干探測(cè)單元鉛鹽敏感元同一平面兩側(cè)分別設(shè)置探測(cè)單元連接電極和探測(cè)單元共用電極，設(shè)置m列縱向電極連接同列各行若干探測(cè)單元；

13、所述探測(cè)單元連接電極材質(zhì)為鉻、銀、鈦、鉬、金、銅、鎳中的一種或多種組合，所述探測(cè)單元共用電極材質(zhì)為鉻、銀、鈦、鉬、金、銅、鎳中的一種或多種組合，所述m列縱向電極材質(zhì)為鉻、銀、鈦、鉬、金、銅、鎳中的一種或多種組合，m列縱向電極、探測(cè)單元連接電極、探測(cè)單元共用電極的制備方法包括光刻、腐蝕、剝離、濺射常用方法。

14、(3)設(shè)置鈍化絕緣層，完整包覆所述若干探測(cè)單元鉛鹽敏感元、探測(cè)單元連接電極、探測(cè)單元共用電極和m列縱向電極；

15、所述鈍化絕緣層材質(zhì)為硫化亞砷、碲化鎘、硒化鋅、氟化鎂、氟化鍶、氟化鋇、氟化鋁、氟化鈣、氧化銦、氧化鋁、和氧化硅中的一種或多種組合，鈍化絕緣層的制備方法包括磁控濺射、原子層沉積等薄膜常用制備方法。

16、(4)在探測(cè)單元共用電極、各列縱向電極焊盤區(qū)對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行鈍化絕緣層通孔制備；

17、鈍化絕緣層通孔面積占探測(cè)單元共用電極、縱向電極焊盤區(qū)面積的60％-70％，完整貫通鈍化絕緣層，露出下方探測(cè)單元共用電極和縱向電極焊盤區(qū)，鈍化絕緣層通孔的制備方法包括光刻、腐蝕、剝離常用方法。

18、(5)在探測(cè)單元共用電極對(duì)應(yīng)位置的鈍化絕緣層通孔內(nèi)依次設(shè)置n型層和p型層，鈍化絕緣層通孔被探測(cè)單元異質(zhì)pn結(jié)完全填充；

19、n型層材質(zhì)為n-zno、azo、cds、cdse中的一種或多種組合，p型層材質(zhì)為nio、cu2o、p-zno中的一種或多種組合。

20、(6)設(shè)置n行橫向電極，與鈍化絕緣層通孔內(nèi)探測(cè)單元異質(zhì)pn結(jié)形成電連接；

21、所述n行橫向電極材質(zhì)為鉻、銀、鈦、鉬、金、銅、鎳中的一種或多種組合，制備方法包括光刻、腐蝕、剝離、濺射等常用方法。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案具有如下有益效果：

23、采用薄膜制備工藝在探測(cè)器中集成異質(zhì)pn結(jié)，利用pn結(jié)單向?qū)щ娦孕辛袑?duì)掃描式信號(hào)讀取方式中回流耦合電流的進(jìn)行有效截止，解決了陣列耦合問(wèn)題；利用絕緣鈍化層實(shí)現(xiàn)縱向、橫向電極電隔離的同時(shí)提高鉛鹽敏感元材料的可靠性和穩(wěn)定性。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，達(dá)到抑制行列掃描式信號(hào)讀取方式中的陣列耦合效應(yīng)同時(shí)提升探測(cè)器的可集成度、可靠性和穩(wěn)定性。