一種紅外探測器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種紅外探測器及其制備方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外探測器是將入射的紅外輻射信號轉(zhuǎn)變成電信號輸出的器件，近年來紅外探測 器技術(shù)得到迅速發(fā)展，但是大多數(shù)紅外探測器需要在低溫工作才能獲得較高性能，如：鍺 硅、鋁鎵砷等都要求在低溫下使用，由于需要致冷使得紅外系統(tǒng)體積大、笨重、價格昂貴和 不利于使用，影響了它們的廣泛應(yīng)用，因此致冷是紅外探測器獲得廣泛應(yīng)用的主要障礙。因 此，人們對室溫工作的紅外探測器展開了大量深入地研宄，如今非致冷已經(jīng)成為紅外探測 領(lǐng)域的研宄的熱點之一。目前，在半導(dǎo)體光伏型紅外探測器領(lǐng)域使用的主要材料有鎵銦砷 GaInAs(中國發(fā)明專利CN104183658A)，鎵銦砷磷GalnAsP、碲鎘汞HgCdTe、鉛鹽化合物及 含銻化合物等半導(dǎo)體材料（中國實用新型專利CN203883014U)。但這類半導(dǎo)體元器件含 有大量的鉛、汞、鎘、鎵、砷等各種對人體有害的物質(zhì)，這些元素如果進(jìn)入土壤隨雨水滲到地 下就會污染水源，最終將危害人類的生存，也不利于半導(dǎo)體材料的可持續(xù)發(fā)展。目前，紅外 探測技術(shù)存在的主要缺點是：（1)需要制造冷卻系統(tǒng)，才能保證紅外探測器正常工作；（2) 整個紅外探測系統(tǒng)體積和重大；（3)探測系統(tǒng)的功耗高；（4)性價比低，而且使用極為不方 便；（5)含有對人體有害物質(zhì)，不利于半導(dǎo)體材料的可持續(xù)發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是：針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種紅外探測器及其制備方法，該方 法所使用的材料資源豐富、對環(huán)境負(fù)荷小，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案 一種紅外探測器的制備方法，該方法采用磁控濺射技術(shù)在襯底上生長Mg2Si薄膜，然后 在襯底下表面鍍一層下電極，在Mg2Si薄膜上表面上鍍一層上電極。
[0005] 前述的一種紅外探測器的制備方法中，所述的襯底采用硅襯底或在襯底上表面鍍 一層娃膜。
[0006] 前述的一種紅外探測器的制備方法中，在Mg2Si薄膜上表面度一層減反射層且上 電極伸出減反射層。
[0007] 前述的一種紅外探測器的制備方法中，所述的減反射層為一層SiCV薄膜。
[0008] 前述的一種紅外探測器的制備方法中，所述的下電極由電阻式熱蒸發(fā)方法在硅襯 底下表面蒸鍍一層鋁膜制成。
[0009] 前述的一種紅外探測器的制備方法中，所述的上電極通過蒸鍍Ag膜制成。
[0010] 前述的一種紅外探測器的制備方法中，該方法的具體工藝步驟為： 步驟一、清洗襯底，吹干后備用； 步驟二、襯底采用硅襯底時，在硅襯底上利用磁控濺射方法濺射一層Mg膜； 步驟三、襯底不采用硅襯底時，先在襯底上表面鍍一層硅膜，在襯底的硅膜上利用磁控 濺射方法濺射一層Mg膜； 步驟四、將襯底上的Mg膜進(jìn)行退火處理，得到Mg2Si薄膜，作為紅外輻射的吸收層； 步驟五、在Mg2Si薄膜上濺射一層減反射層； 步驟六、在襯底下面熱蒸發(fā)一層鋁膜作為下接觸電極層； 步驟七、在Mg2Si薄膜上的預(yù)留區(qū)域熱蒸發(fā)一層銀膜作為上電極層且該上電極伸出減 反射層。
[0011] 一種紅外探測器，包括襯底，在襯底上表面設(shè)置Mg2Si薄膜，Mg2Si薄膜上表面連接 上電極，在襯底下表面設(shè)置下電極。
[0012] 前述的一種紅外探測器中，在Mg2Si薄膜上表面鍍一層減反射層，上電極穿過減反 射層。
[0013] 由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明由于是利用Mg2Si薄膜的光 電特性以及它可以在室溫條件下工作、無需制冷的原理而制作的一種光電紅外探測器。與 傳統(tǒng)的低溫制冷的光子型紅外探測器比，這是一種不需要真空杜瓦瓶和制冷器的非制冷 紅外探測器，解決了光子型紅外探測器制造成本高、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，探測器可靠性差的問 題，同時體積小、重量輕，器件的功耗低，高性能價格比，而且使用方便，本發(fā)明探測器對探 測光的波長具有靈敏的選擇作用，在較薄吸收層時獲得較強(qiáng)的光吸收，特別是對波長在 I. 2~1. 8ym范圍，提高了器件的量子效率和工作速度，降低器件暗電流，半導(dǎo)體Mg2Si材料 是由地球上資源壽命極長的Mg、Si元素組成，是一種環(huán)境友好半導(dǎo)體材料，Mg2Si薄膜可以 在Si襯底上外延生長，和傳統(tǒng)的Si工藝兼容。本發(fā)明使用環(huán)境友好半導(dǎo)體材料作為吸收 層，有利于半導(dǎo)體材料的可持續(xù)發(fā)展，利用磁控濺射方法可以制備均勻、大面積薄膜，本發(fā) 明的紅外探測器，對紅外輻射的吸收系數(shù)可高達(dá)73%左右。
【附圖說明】
[0014] 附圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2是本發(fā)明中Mg2Si薄膜的X射線衍射（XRD)測量結(jié)果示意圖； 附圖3是本發(fā)明中Mg2Si薄膜表面的掃描電子顯微鏡（SEM)測量結(jié)果示意圖一； 附圖4本發(fā)明中Mg2Si薄膜表面的掃描電子顯微鏡（SEM)測量結(jié)果示意圖二 附圖5是本發(fā)明中Mg2Si薄膜的紅外反射光譜測量結(jié)果示意圖； 附圖6是本發(fā)明中Mg2Si薄膜的紅外吸收光譜測量結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明用作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不作為對本發(fā)明的任何限制。
[0016]本發(fā)明的實施例一：本發(fā)明的實施例一：一種紅外探測器的制備方法，該方法采 用磁控派射技術(shù)在娃襯底上生長Mg2Si薄膜，然后在襯底下表面鍍一層下電極，在Mg2Si薄 膜上表面上鍍一層上電極。
[0017] 該方法的具體工藝步驟為： 步驟一、清洗襯底，吹干后備用，具體為硅襯底依次在丙酮、無水乙醇、去離子水中超聲 清洗20min，然后烘干，送入磁控濺射系統(tǒng)的樣品室，并對Si襯底表面進(jìn)行反濺射離子清 洗，一方面去除附著在表面的雜質(zhì)和氧化物，另一方面增加Si襯底表面的微觀粗糙度，提 高薄膜在襯底表面的附著力； 步驟二、濺射用Mg靶直徑60mm、厚度為5mm。在濺射室里，往Si襯底上濺射沉積Mg膜前，濺射清洗Mg靶表面10min，主要去除Mg靶表面的氧化層。
[0018] 步驟三、濺射沉積過程中，濺射室背底氣壓為2. 0xl0-5Pa，濺射功率為100W，氬氣 (99. 999%純度）流量20sccm，濺射氣壓為3.0Pa，濺射時間為30min，這樣的沉積條件 下，濺射沉積Mg膜的厚度約380nm。濺射時襯底溫度為室溫。
[0019] 步驟四、將Mg/Si樣品放入高真空退火爐中退火。退火爐背底氣壓為4. 0xl0_4Pa。 退火時氣壓保持在I.5xl〇-2Pa，退火時間為4h，退火溫度為400°C。
[0020] 步驟五、將退火后的樣品再次放入磁控濺射室，在Mg2Sii薄膜上面濺射一層Si02 作為減反射層； 步驟六、將退火后的樣品放入電阻式熱蒸發(fā)爐中，蒸發(fā)的背底氣壓為3. 0xl0-4Pa，在樣 品的背面蒸發(fā)鋁膜作為下接觸電極，蒸發(fā)時間為l〇min，加熱電流為70A; 步驟七、在Mg2Si薄膜上面預(yù)留區(qū)域熱蒸發(fā)Ag膜作為上電極，蒸發(fā)的背底氣壓為 3. 0xl0-4Pa，蒸發(fā)時間為lOmin，加熱電流為100A。
[0021] 根據(jù)上述方法所構(gòu)建的一種紅外探測器，如附圖1所示，包括硅襯底2,在硅襯底2 上表面設(shè)置Mg2Si薄膜3,Mg2Si薄膜3上表面連接上電極5,在硅襯底2下表面設(shè)置下電極 1，在Mg2Si薄膜3上表面鍍一層減反射層4,上電極5穿過減反射層4。
[0022] 附圖2所示為本實施本發(fā)明提出的Mg2Si薄膜的X射線衍射（XRD)測量結(jié)果。結(jié) 果表明，400 °C退火4小時得到的Mg2Si薄膜在24. 3°、40. 2°、47. 5°、58° 73. 1°左右 出現(xiàn)較強(qiáng)的衍射峰，這幾個峰分別對應(yīng)Mg2Si的（111)、（220)、（311)、（400)和（42