[发明专利]一种金属化共用离子注入窗口的碲镉汞光伏探测芯片

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测器件技术，具体是指光电二极管n区的电极金属化共用离子注入窗口的离子注入n⁺-on-p型碲镉汞(HgCdTe)红外光伏探测芯片。

背景技术

红外焦平面列阵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、搜索与跟踪、医用和工业热成像、以及导弹精确制导等军、民用领域有重要而广泛的应用。由于其不可替代的地位和作用，世界上的主要工业大国都将HgCdTe红外焦平面列阵器件制备技术列为重点发展的高技术项目。

在高级红外应用系统的大力驱动下，红外探测技术已进入了以大面阵、小型化和多色化等为特点的第三代红外焦平面探测器的重要发展阶段(见A.Rogalski，J.Antoszewski，and L.Faraone，“Third-generation infrared photodetector arrays”，JOURNAL OF APPLIED PHYSICS，2009，105(09)：091101-1)。高级红外成像的高分辨率探测迫使新一代红外焦平面探测器向大面阵、小型化趋势的发展，要求红外探测光敏感元列阵的像元尺寸不断缩小。

但是，随着像元尺寸的进一步缩小，HgCdTe红外光伏探测芯片n区面积不断减小。常规金属化结构的HgCdTe红外光伏探测芯片光敏感元金属化区域位于n区的正中心，且金属化面积都小于n区的离子注入窗口面积。因此，常规金属化结构的HgCdTe红外光伏探测芯片在n区离子注入窗口内制备光敏元金属化电极的面积变得非常有限。这不仅会增加光敏元n区表面的电极金属化技术的难度，而且还将会增加在红外焦平面探测器倒装互连过程中光敏感元n区金属化区域HgCdTe表面承受的挤压作用力，从而导致光电二极管工作区的缺陷密度增殖和探测性能下降。

发明内容

基于上述已有金属化结构的HgCdTe红外光伏探测芯片存在的问题，本发明的目的是提供一种在像元尺寸进一步缩小时能确保足够n区金属化面积的HgCdTe红外光伏探测芯片。

为了达到上述目的，本发明采用光电二极管n区的电极金属化共用离子注入窗口的离子注入n⁺-on-p型HgCdTe红外光伏探测芯片的结构方案。

本发明的电极金属化共用离子注入窗口的HgCdTe红外光伏探测芯片包括：红外衬底1、光敏感元的p型有源区2、光敏感元的n型区3、探测芯片的钝化膜4、离子注入窗口5、n型区表面上的光敏感元电极6、p型区表面的公共电极7和与读出电路混成互连的铟柱列阵8。光敏感元的n型区列阵3是硼离子注入来形成的，并与光敏感元的p型有源区2共同形成红外光伏探测芯片的光电二极管列阵。n型区表面上的光敏感元电极6的金属化开口与形成n⁺-on-p光电二极管n区3共用离子注入窗口5。而且，光敏感元电极6与离子注入窗口5是大小相等且中心法线重合的。其中，光敏感元电极6的金属化膜厚度为100-500nm，横向尺寸为(5-15)μm×(5-15)μm，离子注入窗口5的厚度为50-150nm。

基于离子注入形成的n区面积明显大于实际离子注入窗口面积的实验结果(叶振华，胡晓宁，蔡炜颖等，“LBIC在HgCdTe双色探测器的工艺检测中的应用”，红外与毫米波学报，2005，24(6)：459-462)，本发明的离子注入n⁺-on-p型HgCdTe红外光伏探测芯片采用光敏感元n区电极金属化共用离子注入窗口的结构方式。虽然，n⁺-on-p型HgCdTe红外光伏探测芯片光敏感元n区电极金属化必须位于光电二极管n区表面的中心位置，且电极金属化面积必须小于n区的面积。但是，由于离子注入形成的n区面积明显大于实际离子注入窗口的面积，致使光敏感元n区的电极金属化可直接利用离子注入窗口来实现。因而，相对于传统电极金属化结构的n⁺-on-p型HgCdTe红外光伏探测芯片而言，光敏感元n区电极金属化共用离子注入窗口的结构方式可使n区电极金属化面积得到明显的增加。

本发明的最大优点是：基于离子注入诱导损伤形成的n区面积明显大于实际离子注入窗口的面积的试验结果，离子注入n⁺-on-p型HgCdTe红外光伏探测芯片巧妙地采用了光敏感元n区电极金属化共用离子注入窗口的结构方式，可使n区电极金属化面积得到明显的增加，因而具有结构工艺简化和集成度高的特点。

附图说明