專利名稱：長(zhǎng)波限電調(diào)節(jié)紅外光攝像靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用半導(dǎo)體材料經(jīng)相關(guān)工藝加工制備而成的長(zhǎng)波限電調(diào)節(jié)紅外光攝像靶，該攝像靶可通過(guò)施加外電壓的影響在較寬范圍領(lǐng)域內(nèi)對(duì)每個(gè)攝像單元的光響應(yīng)的長(zhǎng)波限進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對(duì)紅外圖象的彩色進(jìn)行分辨，使每個(gè)攝像單元均能具備采集成像點(diǎn)不同頻譜紅外彩色信息的效果。
現(xiàn)有的紅外光攝像靶主要分為紅外光子型攝像靶和熱成像型攝像靶兩大類。紅外光子型攝像靶由于其結(jié)構(gòu)和材料等原因，雖具備靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快等特點(diǎn)，但這類器件采用現(xiàn)存的工藝一旦制備完成，其光響應(yīng)的長(zhǎng)波限就為確定值，無(wú)法通過(guò)施加外電路電壓的變化來(lái)改變其長(zhǎng)波限，不能測(cè)定紅外圖像的波長(zhǎng)分布特性，也就是說(shuō)不能辨別被測(cè)光的光譜分布，因而其應(yīng)用范圍受到局限，尤其是無(wú)法滿足光電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展之需求；現(xiàn)有的熱成像攝像靶雖然具有較寬的接收光波長(zhǎng)的特點(diǎn)，但其靈敏度和時(shí)間響應(yīng)效果較差，器件自身不具備辨色能力，盡管可以和光子型攝像靶形成互補(bǔ)的優(yōu)缺點(diǎn)，但仍不能滿足光電技術(shù)發(fā)展的需求，尤其是難以適應(yīng)近代紅外遙感、遙測(cè)技術(shù)的發(fā)展要求。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有紅外光攝像靶技術(shù)中所存在的長(zhǎng)波限不能隨外加電壓而變化，因而不能辨色等的突出缺點(diǎn)，本發(fā)明所涉及的器件采用常規(guī)的半導(dǎo)體材料經(jīng)加工工藝制備成一種通過(guò)外加電路電壓的簡(jiǎn)便調(diào)節(jié)改變器件的長(zhǎng)波限的紅外光攝像靶。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所描述的紅外光攝像靶，其基本的光敏單元是一個(gè)三層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其幾何結(jié)構(gòu)和常規(guī)晶體三極管相近，第一層為紅外光吸收區(qū)(幾何結(jié)構(gòu)上相近于三極管的發(fā)射區(qū))，吸收紅外光，并使該層內(nèi)的電子(若器件結(jié)構(gòu)為NPN型)躍遷至高能態(tài)(帶內(nèi)躍遷)；第二層結(jié)構(gòu)和原理上都相近于三極管的基區(qū)，與第一層半導(dǎo)體組成勢(shì)壘區(qū)，改變層間電壓即可改變勢(shì)壘高度，亦即改變了通過(guò)該區(qū)的電子的閥值能量；第三層為收集區(qū)，結(jié)構(gòu)和原理上均相近于三極管的集電區(qū)，收集由紅外光激發(fā)(第一層)且能量上能大于一、二層勢(shì)壘高度的渡越進(jìn)第二層并為二、三層間反向電壓高勢(shì)壘掃入第三層中的電子，由此提供一種和入射紅外光中能量大于一、二層勢(shì)壘高度光子總量相應(yīng)的電流源。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特性點(diǎn)在于第一層，既要做到充分吸收入射紅外光，又要做到在該層內(nèi)能量馳豫盡量低，以確保進(jìn)入勢(shì)壘區(qū)邊界時(shí)，電子能量不會(huì)有較大的降低，為此該層需制作得相當(dāng)薄，可能的選擇有重?fù)絅型半導(dǎo)體(同質(zhì))、多晶或非晶或M-S固溶體(異質(zhì))。第一勢(shì)壘亦非常重要，基于上述考慮勢(shì)壘區(qū)亦需足夠薄，因而第二層(P區(qū))應(yīng)具有甚高的摻雜濃度，第三層比較簡(jiǎn)單，和常規(guī)三極管收集區(qū)相近，但若考慮入射光從第三層射入，則需考慮盡量減少光損耗。
本發(fā)明的內(nèi)容是采用常規(guī)的半導(dǎo)體材料和相應(yīng)的工藝技術(shù)加工制備光電攝像陣列，選擇高阻抗半導(dǎo)體材料為襯底，經(jīng)過(guò)氧化、光刻并進(jìn)行低濃度摻雜劑擴(kuò)散而形成收集區(qū)(即C區(qū))，再在收集區(qū)上經(jīng)過(guò)多次氧化、光刻、擴(kuò)散后形成極薄的發(fā)射區(qū)(即E區(qū))和類似于常規(guī)半導(dǎo)體三極管基區(qū)的基區(qū)(即B區(qū))，從而構(gòu)成N+PN-結(jié)構(gòu)的光敏單元，再用常規(guī)的集成工藝將由若干個(gè)光敏單元組成的紅外光攝像元兼容制備時(shí)序電路集成于同一半導(dǎo)體芯片上形成長(zhǎng)波限可隨外電壓調(diào)節(jié)的紅外光攝像靶。所制備的光敏單元，其發(fā)射區(qū)極薄，可以為高摻雜的硅晶體，也可以采用貴金屬的硅合金或者是高摻雜的多晶或單晶。
本發(fā)明和現(xiàn)有的紅外光攝像靶相比，具有加工制備工藝技術(shù)成熟而簡(jiǎn)單，器件長(zhǎng)波限因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可由外加電壓調(diào)節(jié)，制備的攝像靶具有性能穩(wěn)定、可靠，長(zhǎng)波限可方便調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明之光敏單元原理結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明采用成熟的硅材料和相應(yīng)的硅微電子加工工藝來(lái)制備光電攝像陣列。本發(fā)明中光敏單元的制備可用如下方法完成選擇高阻P型半導(dǎo)體材料為襯底。經(jīng)氧化、光刻并進(jìn)行低濃度N型摻雜劑擴(kuò)散，形成收集區(qū)(即C區(qū))1，再在C區(qū)上經(jīng)反復(fù)多次氧化、光刻、擴(kuò)散分別形成發(fā)射區(qū)(即E區(qū))2和基區(qū)(即B區(qū))3，其中發(fā)射區(qū)2甚至可以是高摻雜的硅晶體也可為貴金屬的硅合金(為貴合金情況下第一勢(shì)壘為肖特基勢(shì)壘)或高摻雜多晶或非晶，如此形成的N+PN-結(jié)構(gòu)即為本發(fā)明的光敏單元。本發(fā)明實(shí)施也可選擇甚低摻雜的N型半導(dǎo)體材料為襯底，再用類似于上述工藝制備形成PNP結(jié)構(gòu)(或MNP結(jié)構(gòu))的光敏單元。
改變第一結(jié)的外偏置可改變第一結(jié)的勢(shì)壘高度。當(dāng)成像的紅外光發(fā)射于光敏單元的發(fā)射區(qū)2時(shí)，使發(fā)射區(qū)的部分多數(shù)載流子能量增加，其能量大于第一勢(shì)壘時(shí)，該部分載流子可渡越勢(shì)壘進(jìn)入基區(qū)3，最后被反偏的收集區(qū)1所收集，改變第一結(jié)的外偏置即可改變第一結(jié)勢(shì)壘高度，亦即可使只有能量大于該勢(shì)壘高度的發(fā)射區(qū)載流子渡越勢(shì)壘并最終為C區(qū)所收集。C區(qū)收集電流的強(qiáng)弱比例于入射紅外光子能量大于勢(shì)壘高度部分的光子流，亦即不同偏置下的C區(qū)電流可反映入射于C區(qū)的不同長(zhǎng)波限能量以上的電子流量。若干光敏單元集成于同一硅片上可簡(jiǎn)單地獲取一幅完整的紅外彩色信息圖象。
光敏單元的掃描可通過(guò)集成于同一硅片的移位寄存器、CCD或其他時(shí)序電路組合而實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楣饷魡卧闹圃旃に囈芽紤]到與移位寄存器等硅時(shí)序電路制造工藝完全兼容。
本發(fā)明所述的長(zhǎng)波限電調(diào)節(jié)紅外光攝像靶可制備成近紅外或遠(yuǎn)紅外或覆蓋遠(yuǎn)、近紅外領(lǐng)域的長(zhǎng)波限電調(diào)節(jié)紅外攝像靶，用其為核心組成的紅外攝像系統(tǒng)可取得信息量極為豐富的被攝物體的紅外彩色圖像，具備廣泛的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種采用常規(guī)的半導(dǎo)體材料和相應(yīng)加工技術(shù)制備而成的長(zhǎng)波限電調(diào)節(jié)紅外光攝像靶，其特征在于選擇高阻抗半導(dǎo)體材料為襯底，經(jīng)氧化、光刻并進(jìn)行低濃度摻雜劑擴(kuò)散而形成收集區(qū)，再在收集區(qū)上經(jīng)多次氧化、光刻、擴(kuò)散后形成發(fā)射區(qū)和基區(qū)，從而構(gòu)成N+PN-結(jié)構(gòu)或PNP結(jié)構(gòu)或MNP結(jié)構(gòu)的光敏單元，將由若干個(gè)光敏單元組成的紅外光攝像元兼容制備時(shí)序電路集成于同一半導(dǎo)體芯片上形成紅外光攝像靶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)波限電調(diào)節(jié)紅外光攝像靶，其特征在于攝像光敏元的發(fā)射區(qū)極薄，為高摻雜的硅單晶，也可以采用貴金屬的硅合金或者是高摻雜的多晶或單晶，可通過(guò)外電壓對(duì)每個(gè)攝像單元的光響應(yīng)的長(zhǎng)波限進(jìn)行調(diào)節(jié)，而具備采集成像點(diǎn)不同頻譜紅外彩色信息的效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用半導(dǎo)體加工制備的,用于光電設(shè)備中的長(zhǎng)波限電調(diào)節(jié)紅外光攝像靶,以高阻抗的半導(dǎo)體硅(或鍺)材料為襯底,經(jīng)氧化、光刻、擴(kuò)散形成集電區(qū),再反復(fù)多次氧化、光刻、擴(kuò)散形成基區(qū)和極薄的發(fā)射區(qū),構(gòu)成N
文檔編號(hào)H01L21/02GK1275798SQ9910822
公開(kāi)日2000年12月6日 申請(qǐng)日期1999年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月31日
發(fā)明者陸大榮 申請(qǐng)人:青島大學(xué)