光伏型探测器阵列及其利记博彩app

光伏型探测器阵列及其利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种光伏型探测器阵列及其利记博彩app。该探测器阵列包括n型InSb衬底(1)和钝化层(7)，n型InSb衬底(1)上刻蚀有t×t个台面(2)，t为整数且t≥1；每个台面(2)上部均淀积有阳极(5)，n型InSb衬底(1)边缘上部淀积有“回”字形阴极(6)；所述n型InSb衬底(1)上部和每个台面(2)侧面淀积有保护层(4)，每个台面(2)正下方的n型InSb衬底(1)内设有m个相同的p型锥形掺杂区(3)，每个p型锥形掺杂区(3)均与n型InSb衬底(1)构成pn结，m为大于或等于1的整数。本发明具有工艺简单、量子效率高、串音低的优点，可用于红外侦查和红外医疗领域。
【专利说明】光伏型探测器阵列及其利记博彩app

【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体光伏探测器件【技术领域】，特别设及光伏型探测器阵列，可用于 红外侦查、红外制导和红外医疗。 技术背景
[0002] 红外焦平面探测器阵列是红外系统的核屯、元件，其功能是将红外福射转化成其它 我们能够识别的信号。红外焦平面阵列器件是既具有红外信息获取又具有信息处理功能的 先进的成像传感器。在空间对地观测、光电对抗、机器人视觉、医用和工业热成像、捜索与跟 踪、W及导弹精确制导等军、民领域有重要而广泛的应用，高性能大规模的红外焦平面阵列 已经大量应用于各种重大国家安全项目和重要新型武器系统中。由于其具有不可替代的地 位和作用，世界上的主要工业大国都将红外焦平面阵列器件制备技术列为重点发展的高技 术项目。
[0003] 红外探测器的工作模式主要有光导型和光伏型两种，而光伏型红外探测器由于 存在内建电场，暗电流较小，所W广泛应用于军事中，其中光伏型In訊红外探测器是目前 研究最多的一种光伏型探测器，该种探测器多数Wpn结为基础，可W构成光伏型焦平面阵 列。近年来，红外焦平面阵列技术已经呈现出规格越来越大、像元中屯、距越来越小、多光谱 探测应用越来越多、新材料不断涌现等的发展趋势。在高级红外应用系统的大力驱动下，红 外探测技术已经从第一代的单元和线阵列，逐渐进入了 W大面阵、小型化和多色化等特点 的第=代红外焦平面探测器的发展阶段。随着航天和军事领域的飞速发展，对中波红外探 测器件的性能要求越来越高，通过改善材料质量来提高探测器性能已远不能满足当前的应 用需求，因此采用器件结构优化设计来提高探测器性能已成为国内外研究热点。
[0004] 量子效率和串音是衡量光伏型探测器阵列性能的重要参数指标，它们会影响探测 器阵列的探测率，在很大程度上决定着探测器的探测效果。1971年，Vernon L. Lambed等 人提出了一种台面结构的InSb红外探测器阵列，提高了光生载流子的收集效率。为了进一 步提高量子效率、减小串音，1981年，赵文琴首次提出在In訊阵列探测器中采用质子注入 形成的高阻层进行隔离的方法，制备的In訊阵列探测器的串音降低到1. 7?3. 76%，然而 量子效率的改善并不明显，仅为45%，参见In訊质子轰击损伤的隔离效应，赵文琴，半 导体学报，Vol. 2, No. 1，PP. 14-21，1981。2006年，叶振华等人报道了一种带有增透会聚微 镜的红外焦平面探测器，有效地提高了探测器的光电流，可将串音减小到1%，参见专利CN 100433328C。然而，该发明是通过从外部引入新型的增透会聚微镜来改善探测器的性能，一 方面，增透会聚微镜的制备较为复杂，另一方面，该专利中在半导体器件结构设计方面并没 有本质的创新。2011年，胡伟达等人报道了一种微透镜列阵In訊红外焦平面阵列的结构， 该结构是通过采用娃微透镜结构增加了光吸收，从而改善了器件性能，通过娃微透镜结构 优化可W使串音降低到4. 2%，参见专利CN102201487B。然而，该发明需要在娃衬底上异质 外延In訊材料，该将会导致n型In訊区域中尤其是娃衬底与n型In訊区域界面附近产生 大量位错或缺陷，影响光生载流子的产生，并会俘获大量光生载流子，此外该发明还需要制 备娃微透镜，因此该发明实现难度较大。


【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种制造工艺简单、串音小、量 子效率高的光伏型探测器阵列及其利记博彩app，W提高光伏型探测器阵列的性能。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种光伏型探测器阵列，该结构自上而下包括： n型In訊衬底和纯化层，n型In訊衬底上刻蚀有tXt个台面，t为整数且t > 1 ;每个台 面上部均淀积有阳极，n型In訊衬底边缘上部淀积有"回"字形阴极；所述n型In訊衬底 上部和每个台面侧面淀积有保护层，其特征在于：每个台面正下方的n型In訊衬底内均设 有m个相同的P型锥形渗杂区，每个P型锥形渗杂区均与n型In訊衬底构成pn结，m为大 于或等于1的整数。
[0007] 作为优选，所述的n型In訊衬底刻蚀前的厚度k为4. 4?22 y m，刻蚀后的厚度S 为4?14 y m，渗杂浓度为1X 1〇11畑1-3?1X 10 16畑1-3。
[000引作为优选，所述的每个台面的上、下表面均为正方形，正方形的边长L为5? 52 ym，每个台面的高度H均相同，H等于k减去S，且取值范围为0. 4?8 ym。
[0009] 作为优选，所述的相邻两个台面的间距为di，最边缘台面与n型In訊衬底边缘之 间的距离为dg，di= dg，且取值范围为1?50 ym。
[0010] 作为优选，所述的每个台面的下表面与其正下方的m个P型锥形渗杂区的底面相 接。
[0011] 作为优选，所述的该些P型锥形渗杂区均为相同的四棱锥，每个四棱锥的底面为 长方形，其底面长为L，宽为1，1 = L/m，高h小于或等于n型In訊衬底刻蚀后的厚度S，且 h等于3e0'心1。
[0012] 为实现上述目的，本发明提供的制作光伏型探测器阵列的方法，包括如下过程：
[0013] 第一步，在n型In訊衬底上第一次制作掩膜，利用该掩膜在n型In訊衬底上刻蚀 制作tXt个台面；
[0014] 第二步，在n型In訊衬底上部、每个台面上部和每个台面侧面淀积厚度为3? 14 ym的介质层；
[0015] 第S步，在介质层上第二次制作掩膜，利用该掩膜在每个台面上部的介质层内刻 蚀制作m个相同的锥形凹槽，锥形凹槽的深度小于或等于介质层的厚度；
[0016] 第四步，对每个锥形凹槽下部的n型In訊材料进行P型杂质离子注入，实现对每 个台面的P型渗杂，并在每个台面下形成m个相同的P型锥形渗杂区，且P型锥形渗杂区的 底面为长方形，长为L，宽为1，1 = L/m，高h小于或等于n型In訊衬底刻蚀后的厚度S，且 h等于3e〇.側1;
[0017] 第五步，在介质层上第S次制作掩膜，利用该掩膜刻蚀去除n型In訊衬底上部、每 个台面上部和每个台面侧面的介质层；
[0018] 第六步，在n型In訊衬底上部、每个台面上部和每个台面侧面淀积保护层，即用绝 缘介质材料分别覆盖n型InSb衬底上部、每个台面上部和每个台面侧面的区域；
[0019] 第走步，在保护层上第四次制作掩膜，利用该掩膜刻蚀去除n型In訊衬底边缘上 部和每个台面上部的保护层；
[0020] 第八步，在每个台面上和n型In訊衬底边缘上第五次制作掩膜，利用该掩膜在每 个台面上部淀积金属制作阳极，同时在n型In訊衬底边缘上部淀积金属制作"回"字形阴 极；
[0021] 第九步，在n型In訊衬底的下部淀积纯化层，即用透红外福射绝缘介质材料覆盖 n型In訊衬底下部的区域，从而完成整个探测器阵列的制作。
[0022] 本发明阵列与传统的光伏型探测器阵列比较具有W下优点：
[0023] 1、本发明由于在每个台面下的n型In訊衬底内均形成了 m个相同的P型锥形渗 杂区，减小了 pn结结区与光生载流子产生区之间的距离，并增大了 pn结的结面积，从而增 强了 pn结结区抽取光生载流子的能力，有效抑制了光生载流子向其它探测单元的运动，因 此大大减小了光伏型探测器阵列的串音，显著提高了量子效率。
[0024] 2、本发明通过在台面下n型In訊衬底内引入锥形渗杂区来改善光伏型探测器阵 列的性能，避免了在传统光伏型探测器阵列制作工艺中光学微透镜制备、异质外延等所带 来的工艺复杂化问题，降低了探测器阵列的制造难度。
[0025] 仿真结果表明，本发明光伏型探测器阵列的性能明显优于传统的光伏型探测器阵 列的性能。
[0026] W下结合附图和实施例进一步说明本发明的技术内容和效果。

【专利附图】

【附图说明】
[0027] 图1是本发明光伏型探测器阵列的俯视结构示意图；
[0028] 图2是对图1横向AB的剖面结构示意图；
[0029] 图3是对图1纵向CD的剖面结构示意图；
[0030] 图4是本发明中每个台面下的m个P型锥形渗杂区的立体图；
[0031] 图5是本发明的光伏型探测器阵列的工艺制作流程图；
[0032] 图6是本发明与传统的光伏型探测器阵列的空穴浓度仿真对比图；
[0033] 图7是本发明与传统的光伏型探测器阵列沿入射福射方向的纵向电场仿真对比 图；
[0034] 图8是本发明与传统的光伏型探测器阵列沿入射福射方向的横向电场仿真对比 图。

【具体实施方式】
[0035] 参照图1、图2和图3,本发明光伏型探测器阵列是基于In訊半导体材料的pn结 结构，该结构自上而下包括；n型In訊衬底1和纯化层7。
[0036] 所述n型In訊衬底1上刻蚀有tXt个台面2, t为整数且t > 1，其中n型In訊衬底 1刻蚀前的厚度k为4. 4?22 y m，刻蚀后的厚度S为4?14 y m，渗杂浓度为1 X IQiicnT3? 1 X l〇i6cnT3;每个台面2的上、下表面均为正方形，正方形边长L为5?52 y m，每个台面的 高度H均相同，H的取值范围为0. 4?8 ym ;相邻两个台面2的间距为di，最边缘台面与n 型In訊衬底1边缘之间的距离为d2, di等于d 2,且取值范围为1?50 ym。每个台面2上 部淀积有阳极5。n型In訊衬底1的边缘上部淀积有"回"字形阴极6,该"回"字形图形各 内边长相等且各外边长相等，其中外边长为tXL+(t+l)Xdi，外边长与内边长之间的距离 为d2/2。每个台面2正下方的n型In訊衬底1内均设有m个相同的p型锥形渗杂区3, m 为大于或等于1的整数，该些P型锥形渗杂区3均与n型In訊衬底1构成pn结；每个台面 2的下表面与该台面正下方m个P型锥形渗杂区3的底面相接，该些P型锥形渗杂区3均为 四棱锥，如图4所示，每个四棱锥的底面为长方形，其中长方形的长为L，宽为1，1 = L/m，高 h小于或等于n型比訊衬底1刻蚀后的厚度S，且h等于36*^。331。n型比訊衬底1上部和 每个台面2侧面淀积有保护层4。
[0037] 上述光伏型探测器阵列中的；保护层4采用Si〇2、ZnS、SiN、Al2〇3、Sc2〇3、Hf〇2、Ti〇2 或其它绝缘介质材料，其厚度为0. 15?1. 5 ym ;阳极5和阴极6的厚度相同，且均采用相 同的化/Au金属组合，金属厚度为0. 04?0. 08 y m/0. 6?1. 2 y m，且下层金属厚度小于上 层金属厚度；纯化层7采用化S、Si〇2、SiN、Al2〇3、册〇2、Ti〇2或其它透红外福射绝缘介质材 料，其厚度为0.06?1.2 ym。
[003引参照图5,本发明制作的光伏型探测器阵列给出如下S种实施例：
[0039] 实施例一；制作保护层为SiN，纯化层为SiN，每个台面正下方P型锥形渗杂区的个 数m = 4,阵列大小为50X50的光伏型探测器阵列。
[0040] 步骤1，在n型In訊衬底1上刻蚀制作50X50个台面2,如图5a。
[0041] la)在厚度k为22 ym、渗杂浓度为IX l〇i6cm-3的n型In訊衬底1上第一次制作 掩膜，该掩膜图形是由50X50个边长L为52 ym的正方形组成的阵列，相邻两个正方形之 间的距离di，W及最边缘正方形与n型In訊衬底1边缘之间的距离d2均为50 ym ;
[0042] 化）利用该掩膜采用反应离子刻蚀技术在n型In訊衬底1上刻蚀制作50X50个 台面2,其中每个台面的高度H均为8 ym，n型In訊衬底1刻蚀后的厚度S为14 ym。刻蚀 台面采用的工艺条件为；Ar/CH4/H2流量比为1:2:6. 5,压强为0. 33Pa，功率为490W。
[0043] 步骤2,在n型In訊衬底1上部、50X50个台面2上部和50X50个台面2侧面淀 积介质层8,如图化。
[0044] 采用等离子体增强化学气相淀积技术在n型In訊衬底1上部、50X50个台面2上 部和50X50个台面2侧面淀积厚度为14 ym的Si化介质层8。
[0045] 淀积介质层采用的工艺条件为；馬0流量为950sccm，SiH4流量为250sccm，温度为 290°C，RF 功率为 30W，压强为 1300mTorr。
[0046] 步骤3,在介质层8内刻蚀制作锥形凹槽9,如图5c。
[0047] 在介质层8上第二次制作掩膜，采用反应离子刻蚀技术在50X50个台面2上部的 介质层8内均刻蚀制作4个相同的锥形凹槽9,该些锥形凹槽9均为四棱锥，四棱锥底面为 长方形，长为52 y m，宽为13 y m，高为14 y m。
[0048] 刻蚀凹槽采用的工艺条件为；SFe流量为7. 6sccm，〇2流量为2. 6sccm，压强为 ISmTorr，偏置电压为130V。
[0049] 步骤4,对锥形凹槽9下部的n型In訊材料进行P型杂质离子注入，实现台面2的 P型渗杂，并形成P型锥形渗杂区3,如图5d。
[0化日]对每个锥形凹槽9下部的n型In訊材料进行P型杂质离子注入，实现对50 X 50个 台面2的P型渗杂，同时在每个台面2下部的n型In訊衬底1内形成与介质层8内四个锥 形凹槽9形状相似的P型锥形渗杂区3,该些P型锥形渗杂区3均为四棱锥，四棱锥的底面 为长方形，长方形的长L为52 ym，宽1为13 ym，高度h为14ym，其中渗杂杂质为棚离子， 渗杂浓度为lXl〇i8cnT3。
[CK)5U 离子注入采用的工艺条件为：注入剂量为7X 10"cm-2,注入能量为8(K)keV。
[0化2] 步骤5,去除介质层8,如图5e。
[0053] 在介质层8上第=次制作掩膜，采用反应离子刻蚀技术刻蚀去除n型In訊衬底1 上部、50X50个台面2上部和50X50个台面2侧面的介质层8。
[0化4] 刻蚀介质层采用的工艺条件为；CF4流量为55sccm，〇2流量为8sccm，压强为 ISmTorr，功率为 280W。
[0化5] 步骤6,在n型In訊衬底1上部、50X50个台面2上部和50X50个台面2侧面淀 积保护层4,如图5f。
[0化6] 采用等离子体增强化学气相淀积技术在n型In訊衬底1上部、50X50个台面2上 部和50X50个台面2侧面淀积厚度为1. 5 ym的SiN保护层4。
[0化7] 淀积保护层采用的工艺条件为；气体为NH3、馬及SiH4,气体流量分别为3sccm、 lOOOsccm 和 300sccm，温度、RF 功率和压强分别为 350°C、30W 和 lOOOmTorr。
[0化引步骤7,刻蚀去除n型In訊衬底1边缘上部和50X50个台面2上部的保护层4， 如图5g。
[0059] 7a)在保护层4上第四次制作掩膜，该掩膜是由阳极掩膜图形和阴极掩膜图形构 成，其中阳极掩膜图形是由50X50个边长L为52 ym的正方形所组成的阵列，相邻两个正 方形的间距di、最边缘正方形与n型In訊衬底1边缘之间的距离d2均为50 ym ;阴极掩 膜图形为"回"字形图形，该"回"字形图形各内边长相等且各外边长相等，其中外边长为 5150 y m，外边长与内边长的间距为25 y m ;
[0060] 7b)利用上述掩膜采用反应离子刻蚀技术去除n型In訊衬底1边缘上部和50X50 个台面2上部的保护层4。刻蚀保护层采用的工艺条件为；CF4流量为45sccm，0 2流量为 5sccm，压强为 ISmTorr,功率为 250W。
[0061] 步骤8,在台面2上部淀积金属制作阳极5,同时在n型In訊衬底1边缘上部淀积 金属制作"回"字形阴极6，如图化。
[0062] 8a)在50X50个台面2上和n型In訊衬底1边缘上第五次制作掩膜，该掩膜图形 与步骤7中第四次制作的掩膜图形完全相同；
[0063] 8b)利用上述掩膜，采用电子束蒸发技术在每个台面2上部和n型In訊衬底1边 缘上部依次淀积化、Au金属，制作阳极5和"回"字形阴极6,金属厚度为0. 08 ym/1. 2 ym， 再在馬气氛中进行快速退火。
[0064] 淀积金属采用的工艺条件为：真空度小于1. 8 X 1(T中a,功率范围为220?1020W， 蒸发速率小于3A/S;快速退火采用的工艺条件为；温度为700°C，时间为30s。
[00化]步骤9,在n型In訊衬底1的下部淀积纯化层7,如图5i。
[0066] 采用等离子体增强化学气相淀积技术在n型In訊衬底1的下部淀积厚度为 1. 2 ym的SiN纯化层7,从而完成整个探测器阵列的制作。
[0067] 淀积纯化层采用的工艺条件为；气体为NH3、馬及SiH 4,气体流量分别为2. 8sccm、 980sccm和280sccm，温度、RF功率和压强分别为330°C、28W和980mTorr。
[0068] 实施例二；制作保护层为Si化，纯化层为Si化，每个台面正下方p型锥形渗杂区的 个数m = 2,阵列大小为1024X 1024的光伏型探测器阵列。
[0069] 步骤一，在n型In訊衬底1上刻蚀制作1024X 1024个台面2,如图5a。
[0070] 在厚度k为14ym、渗杂浓度为IXloMcm-3的n型In訊衬底1上第一次制作掩 膜，采用感应禪合等离子反应刻蚀技术，在Ar/CH4/H2流量比为1:3:10,压强为15化，功率为 600W的工艺条件下，在n型In訊衬底1上刻蚀制作1024X1024个台面高度H为4 ym、上、 下表面均为正方形且边长L为30 y m的台面2,其中相邻两个台面的间距di、最边缘台面与 n型In訊衬底边缘之间的距离d2均为26 ym ;n型In訊衬底1刻蚀后的厚度S为10 ym。
[0071] 步骤二，在n型In訊衬底1上部、1024X1024个台面2上部和1024X1024个台面 2侧面淀积介质层8,如图化。
[0072] 采用等离子体增强化学气相淀积技术，在气体为畑3、馬及SiH 4,气体流量分别为 2. 7sccm、960sccm和260sccm，温度、RF功率和压强分别为320°C、27W和960mTorr的工艺 条件下，在n型In訊衬底1上部、1024X 1024个台面2上部和1024X 1024个台面2侧面淀 积厚度为9 y m的SiN介质层8。
[0073] 步骤S，在介质层8内刻蚀制作锥形凹槽9,如图5c。
[0074] 在介质层8上第二次制作掩膜，采用反应离子刻蚀技术在CF4流量为45sccm，0 2流 量为5sccm，压强为15mTorr，功率为250W的工艺条件下，在1024 X 1024个台面2上部的介 质层8内刻蚀制作两个相同的锥形凹槽9,该些锥形凹槽均为四棱锥，四棱锥的底面为长方 形，长方形的长为30 ym，宽为15 ym，锥形凹槽9的深度为7 ym。
[0075] 步骤四，对锥形凹槽9下部的n型In訊材料进行P型杂质离子注入，实现台面2 的P型渗杂，并形成P型锥形渗杂区3,如图5d。
[0076] 对每个锥形凹槽9下部的n型In訊材料，在注入剂量为4. 2 X 10"cm-2,注入能量 为55化eV的工艺条件下，进行棚离子注入，实现对1024X 1024个台面2的P型渗杂，同时 在每个台面2下部的n型In訊衬底1内形成与介质层8内两个锥形凹槽9形状相似的P 型锥形渗杂区3,该些P型锥形渗杂区3均为四棱锥，四棱锥的底面为长方形，长方形长L为 30ym，宽1为15ym，高h为6. 5ym，其中渗杂浓度为lXl〇i7cm-3。
[0077] 步骤五，去除介质层8,如图5e。
[007引在介质层8上第S次制作掩膜，采用反应离子刻蚀技术在CF4流量为25sccm，02流 量为5sccm，压强为25mTorr，偏置电压为150V的工艺条件下，刻蚀去除在n型In訊衬底1 上部、1024X 1024个台面2上部和1024X 1024个台面2侧面的介质层8。
[0079] 步骤六，在n型In訊衬底1上部、1024X1024个台面2上部和1024X1024个台面 2侧面淀积保护层4,如图5f。
[0080] 采用等离子体增强化学气相淀积技术在N2O流量为860sccm，Si&流量为210sccm， 温度为260°C，RF功率为26W，压强为1200mTorr的工艺条件下，在n型In訊衬底1上部、 1024X 1024个台面2上部和1024X 1024个台面2侧面淀积厚度为1 ym的Si化保护层4。
[0081] 步骤^;：，刻蚀去除n型111訊衬底1边缘上部和1024X 1024个台面2上部的保护 层4,如图5g。
[0082] 在保护层4上第四次制作掩膜，其中该掩膜图形包括阳极掩膜图形和阴极掩膜图 形两部分，阳极掩膜图形是由1024X 1024个边长L为30 ym的正方形所组成的阵列，其中 相邻两个正方形的间距di、最边缘正方形与n型In訊衬底1边缘之间的距离d2均为26 y m ; 阴极掩膜图形为"回"字形图形，该"回"字形图形各内边长相等且各外边长相等，其中外 边长为57370 y m，外边长与内边长的间距为13 y m ;利用该掩膜采用反应离子刻蚀技术，在 CF4流量为20sccm，0 2流量为2sccm，压强为20mTorr，偏置电压为100V的工艺条件下，刻蚀 去除n型In訊衬底1边缘上部和1024X 1024个台面2上部的保护层4。
[0083] 步骤八，在台面2上部淀积金属制作阳极5,同时在n型In訊衬底1边缘上部淀积 金属制作"回"字形阴极6，如图化。
[0084] 在1024X 1024个台面2上和n型In訊衬底1边缘上第五次制作掩膜，该掩膜图 形与步骤走中第四次制作的掩膜图形完全相同；利用该掩膜采用电子束蒸发技术，在真空 度小于1.8X10可a,功率范围为320?1120W，蒸发速率小于3A/S的工艺条件下，在每个台 面2上部和n型In訊衬底1边缘上部依次淀积厚度为0. 06 y m/0. 9 y m的&、Au金属，并 在温度为750°C，时间为20s的工艺条件下进行快速退火，制作阳极5和"回"字形阴极6。
[0085] 步骤九，在n型In訊衬底1的下部淀积纯化层7,如图5i。
[0086] 采用等离子体增强化学气相淀积技术，在馬0流量为SOOsccm，Si&流量为 150sccm，温度为200°C，RF功率为20W，压强为lOOOmTorr的工艺条件下，在n型In訊衬底 1的下部淀积厚度为0. 6 ym的Si〇2纯化层7,从而完成整个探测器阵列的制作。
[0087] 实施例S ;制作保护层为SiN，纯化层为Si〇2,每个台面正下方P型锥形渗杂区的 个数m = 1，阵列大小为30000X30000的光伏型探测器阵列。
[008引 步骤A，在n型In訊衬底1上刻蚀制作30000X30000个台面2,如图5a。
[0089] 在厚度k为4. 4 ym、渗杂浓度为IX 1〇11畑1-3的n型In訊衬底1上第一次制作掩 膜，采用感应禪合等离子反应刻蚀技术在n型In訊衬底1上刻蚀制作30000X30000个边 长为5 ym的正方形台面2,相邻两个台面2的间距di，最边缘台面2与n型In訊衬底1边 缘之间的距离d2均为1 y m，每个台面的高度H均为0. 4 y m，n型In訊衬底1刻蚀后的厚度 S为4 y m。刻蚀台面的工艺条件为；Ar/CH4/H2流量比为1:4:12,压强为10化，功率为500W。
[0090] 步骤B，在n型In訊衬底1上部、30000X30000个台面2上部和30000X30000个 台面2侧面淀积介质层8,如图化。
[0091] 采用等离子体增强化学气相淀积技术在n型In訊衬底1上部、30000X30000个 台面2上部和30000X30000个台面2侧面淀积厚度为3 ym的Si化介质层8。淀积介质 层采用的工艺条件为；馬0流量为SOOsccm，SiH4流量为175sccm，温度为225°C，RF功率为 22. 5W，压强为 lOOOmTorr。
[0092] 步骤C，在介质层8内刻蚀制作锥形凹槽9,如图5c。
[0093] 在介质层8上第二次制作掩膜，采用反应离子刻蚀技术在30000X30000个台面2 上部的介质层8内均刻蚀制作1个锥形凹槽9,锥形凹槽9均为正四棱锥，正四棱锥底面边 长为5 y m，深度为3 y m。刻蚀凹槽采用的工艺条件为；SFe流量为6sccm，0 2流量为3sccm， 压强为12mTorr，偏置电压为110V。
[0094] 步骤D，对锥形凹槽9下部的n型In訊材料进行P型杂质离子注入，实现台面2的 P型渗杂，并形成P型锥形渗杂区3,如图5d。
[0095] 对30000 X 30000个台面2上部介质层8内1个锥形凹槽9下部的n型In訊材料 进行P型杂质离子注入，实现对每个台面2的P型渗杂，同时在每个台面下部的n型In訊衬 底1内形成与介质层8内一个锥形凹槽9形状相似的P型锥形渗杂区3,该些P型锥形渗杂 区均为正四棱锥，四棱锥底面边长L为5ym，高h为3y m，其中渗杂杂质为儀离子，渗杂浓 度为lXl〇i6cnT3。离子注入采用的工艺条件为进入剂量为8X109cnT 2,注入能量为50keV。
[0096] 步骤E，去除介质层8,如图5e。
[0097] 在介质层8上第=次制作掩膜，采用反应离子刻蚀技术刻蚀去除在n型In訊衬底 1上部、30000X30000个台面2上部和30000X30000个台面2侧面的介质层8。刻蚀介质 层采用的工艺条件为；CF4流量为50sccm，〇2流量为3sccm，压强为15mTorr，功率为250W。 [009引 步骤F，在n型In訊衬底1上部、30000X30000个台面2上部和30000X30000个 台面2侧面淀积保护层4,如图5f。
[0099] 采用等离子体增强化学气相淀积技术在n型In訊衬底1上部、30000X30000个台 面2上部和30000 X 30000个台面2侧面淀积厚度为0. 15 y m的SiN保护层4。淀积保护层 采用的工艺条件为；气体为畑3、馬及SiH 4,气体流量分别为2. 5sccm、950sccm和250sccm， 温度、RF功率和压强分别为300 °C、2抓和950mTorr。
[0100] 步骤G，刻蚀去除n型In訊衬底1边缘上部和30000 X 30000个台面2上部的保护 层4,如图5g。
[0101] 在保护层4上第四次制作掩膜，其中该掩膜图形包括阳极掩膜图形和阴极掩膜图 形两部分，阳极掩膜图形是由30000 X 30000个边长L为5 y m的正方形所组成的阵列，其中 相邻两个正方形的间距di、最边缘正方形与n型In訊衬底1边缘之间的距离d2均为1 y m ; 阴极掩膜图形为"回"字形图形，该"回"字形图形各内边长相等且各外边长相等，其中外边 长为180001 y m，外边长与内边长的间距为0. 5 y m ;利用该掩膜采用反应离子刻蚀技术，刻 蚀去除n型In訊衬底1边缘上部和30000 X 30000个台面2上部的保护层4。刻蚀保护层 采用的工艺条件为；CF4流量为40sccm，0 2流量为3sccm，压强为1 ImTorr，功率为220W。
[0102] 步骤H，在台面2上部淀积金属制作阳极5,同时在n型In訊衬底1边缘上部淀积 金属制作"回"字形阴极6，如图化。
[0103] 在30000X30000个台面2上和n型In訊衬底1边缘上第五次制作掩膜，该掩模 图形与步骤G中第四次制作的掩膜图形完全相同；利用该掩膜采用电子束蒸发技术在每个 台面2上部和n型In訊衬底1边缘上部依次淀积化、Au金属，制作阳极5和"回"字形阴 极6,金属厚度为0. 04 y m/0. 6 y m。淀积金属采用的工艺条件为：真空度小于1. 8 X 1(T中a, 功率范围为180?980W，蒸发速率小于3A/S;快速退火采用的工艺条件为；温度为800°C，时 间为15s。
[0104] 步骤I，在n型In訊衬底1的下部淀积纯化层7,如图5i。
[01化]采用电子束蒸发技术在n型In訊衬底1的下部，淀积厚度为0. 06 ym的Si化 纯化层7,从而完成整个探测器阵列的制作。淀积纯化层采用的工艺条件为；真空度小于 1. 3 X 1〇-中a,功率小于55W，蒸发速率小于2.5A/S。
[0106] 本发明的效果可通过W下仿真进一步说明。
[0107] 仿真中，传统阵列和本发明阵列均采用5X5的阵列，n型In訊衬底刻蚀后的厚 度S均为10 ym，台面大小L均为40 ym，台面高度H均为5 ym，相邻两个台面的间距diW 及最边缘台面与n型In訊衬底边缘之间的距离d2均为20 ym，n型In訊渗杂浓度均为 1 X l〇i5cm-3, P型In訊渗杂浓度均为1 X IQiScm-3;本发明阵列中每个台面下P型锥形渗杂 区的个数m = 1，P型锥形渗杂区为正四棱锥，正四棱锥的底面为正方形，正方形边长1为 40 ym，高h为10 ym ;仿真中的福射源从纯化层一侧，即W背入射方式，垂直照射最中屯、像 yn 〇
[0108] 仿真1 ;对传统阵列与本发明阵列中沿入射福射方向在最中屯、像元中屯、处的空穴 浓度进行仿真，结果如图6。
[0109] 由图6可W看出；沿入射福射方向在最中屯、像元中屯、处绝大部分范围内，本发明 阵列的空穴浓度均显著高于传统阵列的空穴浓度，说明本发明阵列收集载流子的能力明显 高于传统阵列。
[0110] 仿真2 ;对传统阵列与本发明阵列最中屯、像元中屯、处沿入射福射方向的纵向电场 进行仿真，结果如图7。
[0111] 由图7可W看出；本发明阵列的电场在光生载流子的主要产生区域，即靠近纯化 层附近的n型InSb衬底中，明显大于传统阵列的电场，说明本发明阵列光生载流子的主要 产生区域中在最中屯、像元中屯、处沿入射福射方向的纵向电场对光生载流子的抽取作用显 著增强，该大大减小了光生载流子产生区域中光生电子空穴对的复合作用，并降低了光生 载流子产生区域中陷阱俘获光生载流子的数量，使得绝大部分光生载流子都被中屯、像元收 集，而被其他像元收集的光生载流子数量大大减少，因此本发明阵列的量子效率和串音均 明显优于传统阵列。
[0112] 仿真3 ;对传统阵列与本发明阵列最中屯、像元中屯、处沿入射福射方向的横向电场 进行仿真，结果如图8。
[0113] 由图8可W看出：本发明阵列的电场，尤其是光生载流子主要产生区域的电场，明 显小于传统阵列的电场，说明本发明阵列最中屯、像元中屯、处沿入射福射方向的横向电场对 光生载流子的抽取作用显著减小，结合图7仿真结果可知，绝大部分光生载流子都被中屯、 像元沿入射福射方向的纵向强电场抽取，而被其他像元收集的光生载流子数量大大减少， 因此本发明阵列的量子效率和串音均明显优于传统阵列。
[0114] 对于本领域的专业人员来说，在了解了本
【发明内容】
和原理后，能够在不背离本发 明的原理和范围的情况下，根据本发明的方法进行形式和细节上的各种修正和改变，但是 该些基于本发明的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种光伏型探测器阵列，包括η型InSb衬底（1)和钝化层（7)，η型InSb衬底（I) 上刻蚀有tXt个台面（2)，t为整数且t彡1 ;每个台面⑵上部均淀积有阳极（5)，η型 InSb衬底（1)边缘上部淀积有"回"字形阴极（6);所述η型InSb衬底（1)上部和每个台 面（2)侧面淀积有保护层（4)，其特征在于：每个台面（2)正下方的η型InSb衬底（1)内 均设有m个相同的ρ型锥形掺杂区（3)，每个ρ型锥形掺杂区（3)均与η型InSb衬底（1) 构成ρη结，m为大于或等于1的整数。
2. 根据权利要求1所述的光伏型探测器阵列，其特征在于η型InSb衬底（1)刻蚀 前的厚度k为4. 4?22μm，刻蚀后的的厚度s为4?14μm，掺杂浓度为IXIO11CnT3? IXIO16Cm3〇
3. 根据权利要求1所述的光伏型探测器阵列，其特征在于每个台面（2)的上、下表面均 为正方形，正方形的边长L为5?52μm，每个台面的高度H均相同，H等于k减去s，且取 值范围为〇. 4?8μπι。
4. 根据权利要求1所述的光伏型探测器阵列，其特征在于相邻两个台面（2)的间距为 (I1，最边缘台面（2)与η型InSb衬底（1)边缘之间的距离为d2, (I1=d2，且取值范围为1? 50μm〇
5. 根据权利要求1所述的光伏型探测器阵列，其特征在于每个台面（2)的下表面与其 正下方的m个ρ型锥形掺杂区（3)的底面相接。
6. 根据权利要求1所述的光伏型探测器阵列，其特征在于ρ型锥形掺杂区（3)均为相 同的四棱锥，每个四棱锥的底面为长方形，其底面长为L，宽为1，I=L/m，高h小于或等于 η型InSb衬底（1)刻蚀后的厚度s，且h等于3ea°3dl。
7. -种制作光伏型探测器阵列的方法，包括如下过程： 第一步，在η型InSb衬底（1)上第一次制作掩膜，利用该掩膜在η型InSb衬底（1)上 刻蚀制作tXt个台面（2); 第二步，在η型InSb衬底（1)上部、每个台面（2)上部和每个台面（2)侧面淀积厚度 为3?14μm的介质层（8); 第三步，在介质层（8)上第二次制作掩膜，利用该掩膜在每个台面（2)上部的介质层 (8)内刻蚀制作m个相同的锥形凹槽（9)，锥形凹槽的深度小于或等于介质层的厚度； 第四步，对每个锥形凹槽（9)下部的η型InSb材料进行ρ型杂质离子注入，实现对每 个台面（2)的ρ型掺杂，并在每个台面下形成m个相同的ρ型锥形掺杂区（3)，且ρ型锥形 掺杂区的底面为长方形，长为L，宽为1，I=L/m，高h小于或等于η型InSb衬底（1)刻蚀 后的厚度s，且h等于3ea(1Ml; 第五步，在介质层（8)上第三次制作掩膜，利用该掩膜刻蚀去除η型InSb衬底（1)上 部、每个台面（2)上部和每个台面（2)侧面的介质层（8); 第六步，在η型InSb衬底（1)上部、每个台面（2)上部和每个台面（2)侧面淀积保护 层（4)，即用绝缘介质材料分别覆盖η型InSb衬底（1)上部、每个台面（2)上部和每个台面 (2)侧面的区域； 第七步，在保护层（4)上第四次制作掩膜，利用该掩膜刻蚀去除η型InSb衬底（1)边 缘上部和每个台面（2)上部的保护层（4); 第八步，在每个台面（2)上和η型InSb衬底边缘（1)上第五次制作掩膜，利用该掩膜 在每个台面（2)上部淀积金属制作阳极（5)，同时在η型InSb衬底边缘上部淀积金属制作 "回"字形阴极（6); 第九步，在η型InSb衬底（1)的下部淀积钝化层（7)，即用透红外辐射绝缘介质材料覆 盖η型InSb衬底（1)下部的区域，从而完成整个探测器阵列的制作。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述第四步对锥形凹槽（9)下部的η型 InSb材料进行ρ型杂质离子注入，掺杂浓度为IXIO16CnT3?IX10 18CnT3;;离子注入采用 的工艺条件为：注入剂量为8ΧIO9CnT2?7Χ10 13cnT2,注入能量为50keV?800keV。
9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述第八步制作的阳极（5)和阴极（6)，厚 度相同，均采用相同的Cr/Au两层金属组合，其厚度为0. 04?0. 08μm/0. 6?1. 2μm，且下 层金属厚度小于上层金属厚度。
10. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于： 所述保护层（4)采用Si02、ZnS、SiN、A1203、Sc203、Hf02、TiO2或其它绝缘介质材料，其 厚度为〇· 15?L5μπι; 所述钝化层⑵采用ZnS、Si02、SiN、A1203、Hf02、1102或其它透红外辐射绝缘介质材 料，其厚度为〇.〇6?1.2μm。
【文档编号】H01L31/18GK104465812SQ201410668714
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】杨翠, 马京立, 林宏杰, 张延涛, 马琳, 张小雷, 孟超, 陈晓冬, 吕衍秋, 司俊杰 申请人:西安电子科技大学