[实用新型]可调制表面能带的碲镉汞雪崩二极管探测器有效

专利信息
申请号: 201821335563.6 申请日: 2018-08-20
公开(公告)号: CN208904029U 公开(公告)日: 2019-05-24
发明(设计)人: 叶振华;刘棱枫;崔爱梁;张伟婷;丁瑞军;何力 申请(专利权)人: 中国科学院上海技术物理研究所
主分类号: H01L31/0224 分类号: H01L31/0224;H01L31/107
代理公司: 上海沪慧律师事务所 31311 代理人: 郭英
地址: 200083 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 碲镉汞 调制 雪崩二极管 表面能 钝化层 漏电流 探测器 界面处 平带 雪崩击穿电压 光电二极管 二极管 常规结构 反向偏压 盖革模式 线性模式 信号探测 电极 耗尽区 击穿 热电 隧穿 复合
【说明书】:

专利公开了一种可调制表面能带的碲镉汞雪崩二极管探测器,通过在pn结耗尽区钝化层上方增加电极可达到调制钝化层与碲镉汞界面处pn结能带的作用,使钝化层与碲镉汞界面处pn结趋于平带状态从而抑制表面产生‑复合、表面隧穿等表面漏电流。该探测器具有可调制pn结区表面能带使其趋于平带状态,抑制表面漏电流从而使二极管工作在反向大偏压下以盖革模式工作的优点,有利于解决常规结构的碲镉汞雪崩二极管器件在反向偏压大于雪崩击穿电压时,会因表面存在较大的漏电流,致使光电二极管发生热电击穿,限制其只能满足以线性模式进行信号探测的问题。

技术领域

本专利涉及碲镉汞红外探测器技术,具体涉及碲镉汞雪崩二极管探测器的设计与制备技术。

背景技术

碲镉汞雪崩二级管探测器早在20世纪80年代就有见报道,由于碲镉汞本身离化系数特性使得其可制备近于无过剩噪声的雪崩光电二极管,将在红外微弱信号和高空间-时间分辨率探测中发挥关键作用,近年来得到快速发展,已成为第三代红外成像探测器发展的一个重要方向。碲镉汞红外雪崩光电二极管探测器以其高增益带宽积、高信噪比和适于线性工作进行成像等优点在可以实现高速、弱信号甚至单光子探测,在光纤通信、三维激光雷达,天文观测以及大气探测等方面中有广泛应用。

碲镉汞雪崩二级管的工作模式有两种:线性模式和盖革模式。在线性模式下二级管输出电流与照射在其上的光子数成正比,增益与注入的光电子数无关,增益较小约为102~103量级,此时碲镉汞雪崩二级管可集成为红外焦平面探测器实现对弱信号的光电成像。在盖革模式下,碲镉汞雪崩二级管所加反向偏压大于雪崩击穿电压,其输出电流不随入射光子数变化,增益很高,可达106量级,能够实现单光子探测,可用于高速光纤通信系统,以及3D主/被动双模式成像的探测技术。

常规结构的碲镉汞雪崩二极管探测器(图2),由于钝化层固定电荷的影响,通常钝化层与碲镉汞的界面处pn结不处于平带状态,器件表面易出现耗尽、累积和反型,并表现为能带弯曲,进而产生一系列与表面相关的暗电流,如图3所示。并且,pn结区表面的漏电流远远大于空间电荷区域的产生-复合电流、扩散电流、隧穿电流,是碲镉汞雪崩二极管雪崩器件暗电流的最主要成分。于是,这种常规结构的红外二极管雪崩器件在反向偏压大于雪崩击穿电压时,会因表面存在较大的漏电流,致使光电二极管发生热电击穿。这限制了其只能满足以线性模式放大的信号探测。为实现高的雪崩增益因子,必须通过降低雪崩二极管的暗电流,才能以盖革模式来实现微弱信号、甚至是单光子的探测。

发明内容

本专利的目的是为了解决常规结构的碲镉汞雪崩二极管器件在反向偏压大于雪崩击穿电压时,会因表面存在较大的漏电流,致使光电二极管发生热电击穿,限制其只能满足以线性模式进行信号探测的问题,提出的一种可调制pn结区表面能带使其趋于平带状态,抑制表面漏电流从而使二极管工作在反向大偏压下以盖革模式工作的探测器。

总体结构描述:如图1,本芯片包括碲镉汞p区1,碲镉汞低掺杂n-区2,碲镉汞高掺杂n+区3,钝化层4,pn结光敏元区电极5,p区公共电极6和表面能带调制电极7;在碲镉汞p区1上通过常规掺杂形成碲镉汞高掺杂n+区3和碲镉汞低掺杂n-区2;在碲镉汞上覆盖钝化层4,在pn结光敏元区5和碲镉汞p区1上方的钝化层4上分别开孔使碲镉汞高掺杂n+区3与pn结光敏元区电极5相连,碲镉汞p区1与p区公共电极6相连;在钝化层4上制备表面能带调制电极7,其位置在垂直方向上的碲镉汞低掺杂n-区2和碲镉汞p区1所形成的pn结耗尽区上钝化层4上;

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