[发明专利]一种基于SOI-量子点异质结的红外探测器制备方法

说明书

本发明提供一种基于SOI‑量子点异质结的红外探测器制备方法，包括：1)提供SOI衬底，包括顶层硅、底层硅以及埋氧层；2)刻蚀顶层硅的边缘区域；3)在顶层硅表面两侧沉积金属接触材料，再经退火形成金属硅化物作为源区接触层和漏区接触层；4)沉积覆盖所述源区接触层和漏区接触层的源区金属电极和漏区金属电极，并在所述底层硅的表面沉积底栅金属电极；5)在所述顶层硅与源区接触层、漏区接触层的接触界面上进行离子注入与激活，形成P⁺区域和N⁺区域；6)在所述顶层硅表面形成量子点。本发明采用SOI作为衬底，并结合量子点制备获得红外探测器，使Si基红外探测系统具有寄生效应小、抗干扰、速度快、功耗低、集成度高、抗单粒子辐照能力强等优点。

技术领域

本发明涉及红外探测器的制造领域，特别是涉及一种基于SOI-量子点异质结的红外探测器制备方法。

背景技术

红外探测对环境的适应性优于可见光，可在夜间及恶劣环境下工作，且红外探测隐蔽性好，比雷达和激光探测更安全，对伪装目标识别率更高，再者与雷达系统相比，红外系统具有体积小、重量轻、功耗低等优点，因此在军事上红外探测可应用于红外夜视、红外制导、红外侦查、红外报警等方面；红外探测技术不仅在军事方面有很多应用，通过对军事领域中的先进研究成果进行转换和工艺改进之后，红外探测器在民用领域中也有了广泛的应用，红外探测可应用于健康监控、光通讯及三维目标识别等方面，在气象预报、矿产勘查、地貌监测、车辆轴温检测等方面有着不可替代的作用。

早期的红外探测一般是通过对红外辐射的简单探测解决控制及夜视相关的问题，而后续发展的红外焦平面阵列可探测温度差异并形成红外图像。红外焦平面阵列是位于成像系统焦平面阵列处大量红外探测器像元的集合，分为扫描型和凝视型两种。扫描型红外焦平面阵列系统一般只有一排探测器像元，采用串行方式对电信号进行读取，需时间延迟积分；凝视型红外焦平面阵列是通过电学扫描的探测器像元二维阵列，并且通常在系统焦平面阵列前方增加了一个光学系统以聚焦图像，延迟积分，成像速度快。第一代红外探测器仅是将红外辐射转化为电信号，而信号处理是在低温区域以外进行。第二代红外探测器通过与信号读出电路(ROIC)的集成，不仅极大地增加了探测器元数目，且通过多路传输减少了电极引线数量，还可进行复杂的信号处理。第三代红外探测器目前在国际上并没有一个明确的定义，波兰Rogalski分析总结了当前对红外探测的发展需求，提出了第三代红外探测器包含的3部分内容，具体如下：(1)高性能、高分辨率、具有多波段探测的制冷焦平面；(2)中等性能或高性能的非制冷焦平面；(3)低成本的非制冷焦平面。以上3项内容为“或”的关系，只要满足了一条就能称为第三代红外探测技术。目前不同国家对第三代红外探测器的选择主要是出于自身的发展与应用需求，对材料和器件技术进行有选择的发展，最终目的是为了实现高性能、低成本的红外探测器。高性能除了需提高单个探测元响应度等品质因素外，还要降低探测元间的窜音率，同时还需与Si基CMOS集成；低成本要求则需在二代红外探测器的发展基础上，通过改进器件技术、提高工作温度等方法将进一步降低制造成本，以期望达到可作为耗费品使用的成本。

Si基CMOS集成电路工艺是先进半导体技术的主体，但Si材料受其禁带宽度限制，使得Si基光电探测器无法探测1100nm以上波长的光波，因此如何将红外探测集成到Si材料上是实现红外传感与Si基集成电路结合的前提。早期红外探测芯片是在Si基表面外延Ge或InGaAs等Ⅲ-Ⅴ族材料以拓宽该体系对光谱的吸收范围，但外延生长不仅增加了工艺的复杂性，还不可避免地会对Si衬底引入污染或掺杂，且InGaAs红外探测器工作波段为0.9-1.7μm，仅限于近红外波段吸收，因此InGaAs只能作为大面阵单色器件材料。近年，黑硅被证实是一种有效的红外传感材料，黑硅制备过程中激光造成的微纳米非晶态缺陷会引入了较多的电子复合损耗，因此黑硅红外探测器探测率较低(10^-2-10^-1AW^-1)。