一種新型的光電導探測器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電子信息材料與元器件領域，具體涉及一種新型的光電導探測器，可用于紫外或者紅外探測。
【背景技術】
[0002]近年來，光電探測技術發(fā)展迅速，應用廣泛，主要包括紅外探測技術、紫外探測技術、激光探測技術和光電綜合探測技術等。其中，利用紅外探測技術，可制備紅外夜視儀和熱像儀，用于遠距離偵查、監(jiān)視、跟蹤和探測偽裝等；紫外探測技術可用于燃燒過程檢測、紫外泄漏檢查、火災防范以及導彈來襲預警等；激光探測技術一般用于激光測距機、激光雷達、激光目標指示器等；光電綜合探測技術將可見光、激光、紅外等幾種傳感技術匯聚一個偵查系統(tǒng)中，可增強光電探測器裝置在晝夜、惡劣氣候和不良的環(huán)境條件下對目標的探測、識別以及對抗能力。
[0003]光電探測器是光電探測技術的核心器件，通常可分為光電倍增管、電荷耦合器件及半導體光電探測器幾大類。其中，光電倍增管是利用光子激發(fā)光陰極來產(chǎn)生光電子，并通過外電極收集光電子以獲得電信號，這類光電探測器通常具有很高的靈敏度，對于極弱的光信號也有響應。然而，光電倍增管的功耗普遍較高，且體積大，容易破損，因此使用起來極為不方便。電荷耦合器件具有光譜響應范圍寬、檢出限低、動態(tài)范圍寬、暗電流和讀出噪聲低以及具有積分信號、多道同時檢測信號和實時監(jiān)測等能力的優(yōu)點，但是器件響應過慢，且其響應不依賴于波長的變化，難于滿足對特定波長的探測需要。半導體光電探測器體積小，功耗低，且具有較高的能量分辨率、較寬的能量響應線性范圍以及較短的響應時間，因此逐漸發(fā)展成為光電探測領域的主流技術。其中，半導體光電探測技術可采用光電導型結構，即光電導探測器。半導體材料作為一種光敏電阻，其具備的光電導效應是光電導探測器的基本工作原理。當入射光源發(fā)射的光子能量hv大于半導體材料的禁帶寬度Eg時，半導體材料吸收光子的能量，并產(chǎn)生電子-空穴對，從而使材料內(nèi)部的載流子濃度增加，進而改變半導體材料的導電能力。光電導探測器具有器件結構簡單、制備工藝要求低、內(nèi)部增益高且無須預設低噪放大器等優(yōu)點，因此應用前景廣闊，實用價值高。
[0004]目前，光電導探測器通常采用叉指電極結構，以實現(xiàn)探測器的高增益和高響應度。然而，隨著光電探測器小型化以及集成化的發(fā)展，需要進一步縮小叉指電極的指間距和指寬，甚至達到微納米量級。此外，為了進一步提升光電導探測器的性能(如增益、響應度)，同樣需要縮短叉指電極的指間距，以減少載流子的渡越時間。然而，叉指電極關鍵尺寸的縮小通常需要依賴于光刻技術，這無疑會大幅度增加工藝成本，且依然難以完全解決工藝重復性差、器件良率低的缺點，因此，不利于光電探測器的批量化生產(chǎn)。并且，叉指電極結構的采用還會大幅度減小光電探測器的感光面積，降低器件的開口率(填充因子)，從而減少相同器件尺寸下的光電探測器的響應度和靈敏性，這同樣為光電探測器的小型化和集成化帶來了難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所需要解決的技術問題是克服傳統(tǒng)的光電導探測器由于采用叉指電極結構所帶來的制備難度大、產(chǎn)品良率低、工藝成本高、難以實現(xiàn)批量化生產(chǎn)以及器件開口率低的缺點，提出了一種新型的光電導探測器，其結構簡單、開口率高、更易實現(xiàn)器件的小型化和集成化，且可避免采用光刻技術，能大幅度降低制造工藝的難度和成本。因此，本發(fā)明能夠適應光電探測器批量化生產(chǎn)的需要，并為大面積光電探測陣列的制造及研究提供了更佳的解決方案。
[0006]本發(fā)明的技術方案如下:
[0007]—種新型的光電導探測器，其特征在于，自下而上依次有源層8、圖形化電極層9，其中，圖形化電極層9包括第一電極1、第二電極2、第三電極3、第四電極4，所述第一電極、第二電極、第三電極和第四電極圖形的相對位置呈一個任意的四邊形，所述第一電極、第二電極、第三電極、第四電極沿順時針或逆時針依次排布，所述第一電極接地，工作時，第一電極與第二電極之間接恒定電流電源5，在第三電極和第四電極之間通過測電壓設備6來測試電壓值，通過該電壓值的變化來識別光信號。
[0008]新型的光電導探測器由有源層、第一電極、第二電極、第三電極和第四電極構成，當?shù)谝浑姌O和第二電極之間通一恒定電流1(121)后，在有源層位于第一電極和第二電極的周邊位置會產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電流場，在該電流場的作用下，第三電極與第四電極之間會產(chǎn)生相應的電流(134)以及電勢差(U34)。當沒有光信號照射時，即常態(tài)下，本發(fā)明光電導探測器的有源層中的載流子濃度較低，即有源層材料的電阻率較高，這使得第三電極與第四電極之間的電阻值較大。因此，在第一電極和第二電極之間通一恒定電流時，在上述電流場的作用下，第三電極與第四電極之間的電勢差維持在較高的水平。在與該有源層材料對應波段的光信號照射后，本發(fā)明光電導探測器的有源層在光電導效應的作用下，會激發(fā)出更多的載流子，從而提升有源層材料的載流子濃度，降低有源層材料的電阻率，這使得第三電極與第四電極之間的電阻值降低。另一方面，有源層材料的電阻率在感光的二維平面上隨光信號的照射呈現(xiàn)同步、均勻的變化。因此，由第一電極和第二電極之間通過恒定電流所產(chǎn)生的電流場，其分布在光信號照射前后并不發(fā)生變化，即第三電極與第四電極之間的電流的大小在光信號照射前后維持不變。這導致第三電極與第四電極之間的電勢差在光信號照射后降低，且降低的幅度與光信號的強弱有關。因此，可以通過第三電極與第四電極之間電勢差的變化來識別光信號。
[0009]進一步地，所述有源層為薄膜，生長在襯底7上。
[0010]進一步地，所述有源層本身為單晶襯底。
[0011]進一步地，所述有源層的材料為S1、Ge、Ga203、AlGaN、MgZn0、金剛石、GaN、ZnO、AlN、SiC、ZnSe、V02、CdS、PbS、PbSe、InSb、InAs、InGaAs、PbSnTe 或 HgCdTe。
[0012]進一步地，所述第一電極、第二電極、第三電極、第四電極由金屬Ti或Ni層與沉積于金屬Ti或Ni層上的A1或Au層組成。
[0013]進一步地，所述第一電極、第二電極、第三電極、第四電極采用氧化銦錫(ΙΤ0)材料。
[0014]進一步地，所述第一電極、第二電極、第三電極、第四電極上分別引出測試臂和測試電極。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提出的新型光電導探測器采用新型的圖形化電極結構，并結合配套的測試方法，因此與傳統(tǒng)的采用叉指電極結構的光電探測器相比，結構更簡單，可以大幅降低器件的制備難度，提升產(chǎn)品良率，降低生產(chǎn)成本，滿足光電探測器的小型化和集成化的需要。此外，本發(fā)明的新型光電導探測器的開口率可以達到90%以上，相比傳統(tǒng)的采用叉指電極結構的光電導探測器(開口率大約為50%)提升明顯，因此更加有利于實現(xiàn)光電探測器的小型化和集成化，并為大面積的光電探測器陣列的制造提供了更佳的解決方案。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明新型光電導探測器的俯視圖；其中，1為第一電極，2為第二電極，3為第三電極，4為第四電極；
[0017]圖2為本發(fā)明新型光電導探測器的結構示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明新型光電導探測器的剖面圖；其中，7為襯底，8為有源層，9為圖形化電極層，10為Ni或Ti層，11為A1或Au層；
[0019]圖4為本發(fā)明實施例提供的新型光電導探測器的工藝流程圖；其中，a為有源層材料的生長過程；b為利用掩膜版進行電極的圖形化定義并沉積電極材料的過程；
[0020]圖5為傳統(tǒng)叉指電極結構的示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明實施例的新型光電導探測器在無/有紫外光照時的V-1曲線圖，其中，紫外光功率密度為76 μ W/cm2;圖中，U 34為無紫外光照下的第三電極與第四電極之間的電壓，U34’為有紫外光照下第三電極與第四電極之間的電壓。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步地描述。
[0023]實施例
[0024]—種新型的光電導探測器，如圖3所示，自下而上依次為:尺寸為5mmX 10mm、厚度為0.5mm的藍寶石襯底7 (c-plane A1203)，沉積于藍寶石襯底上厚度約為lOO