[实用新型]一种适用于低温长波红外探测器的微透镜阵列

说明书

本实用新型提供了一种适用于低温长波红外探测器的微透镜阵列，属于半导体器件领域。包括增透膜、微透镜阵列和底面，该微透镜阵列填充因子为100％，红外探测器焦平面光能利用率80％以上。进而将该微透镜阵列应用于红外探测器前端，提高整体器件的灵敏度。

技术领域

本实用新型属于半导体器件领域，涉及一种适用于低温长波光电探测器的微透镜阵列。

背景技术

微透镜阵列是阵列光学器件中一类重要的光学元件，它是一系列孔径在几个微米至几百微米的微小型透镜按一定排列组成的阵列。

对于红外探测器，伴随着像元中心距的降低，光敏吸收区的占空比降低，信号明显减小，探测器灵敏度下降。此外由于载流子扩散引起的相邻像元间的串音现象增强，进而导致探测器整体探测性能下降。为解决上述问题，在芯片入光一侧集成与pn结的阵列规模和像元间距相匹配的微透镜阵列是一种简单有效的解决方法。

微透镜阵列的一个重要参数为微透镜阵列填充因子，也可以称为微透镜阵列有效占空比，指微透镜所占面积与整个阵列面积之比。当微透镜阵列与探测器集成后，微透镜阵列填充因子能够影响其光能利用率。微透镜阵列填充因子越大，其在探测器的光能利用率所起作用越大。

在当今半导体器件越来越小型化的趋势下，尺寸较小的红外探测器会使得器件的灵敏度降低。红外探测器的焦平面对光线反射会使得光能利用率下降。为了提高器件的灵敏度，则需要提高微透镜的填充因子。

红外探测器一般工作在约80K的低温环境中，而芯片材料，碲锌镉，光敏单元、互连胶水之间存在着较大的热膨胀系数差异。在不同温度时,其热膨胀系数差异对可调微透镜的光学性能影响十分明显。温度升高，微透镜阵列面型发生改变，焦距会大幅度变大，使得光敏区的光能利用率有较大的波动。使用碲锌镉作为微透镜阵列材料，在高低温变化过程中极易导致应力在光敏区的积累，开裂概率高。所以对于低温(约80K)使用的长波光电探测器，在设计和制作时必须要考虑温度的影响。

鉴于此，本实用新型提供了一种适用于低温长波红外探测器的微透镜阵列，该微透镜阵列填充因子为100％，红外探测器焦平面光能利用率80％以上。进而将该微透镜阵列应用于红外探测器前端，提高整体器件的灵敏度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种适用于低温长波红外探测器的微透镜阵列，在80K的低温环境中能够正常工作。进而在将所述微透镜阵列应用于低温长波红外探测器后，该微透镜阵列能够增强红外探测器光敏区的光能利用率。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型一种适用于低温长波红外探测器的微透镜阵列，底面形状设计正方形，因此填充因子100％，提高整体器件的灵敏度；

本实用新型一种适用于低温长波红外探测器的微透镜阵列，相邻矢量焦距和矢量高度相同，方便制备。使得红外探测器光敏区的光能利用率对比无微透镜阵列的红外探测器光敏区能够提高40％；

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种适用于低温长波红外探测器的微透镜阵列，包括增透膜、微透镜阵列和底面；微透镜阵列为位于底面之上的微透镜阵列；所述的底面为正方形，微透镜阵列中的单个微透镜单元为底部为四边形且上部为向上凸起的微透镜，单个微透镜单元底部周期性紧密排列布满底面的上表面，微透镜阵列底部在底面上的占空比为100％；微透镜阵列的材料为碲锌镉。单个微透镜单元底部四边形为等边菱形或正方形，边长为15-25μm，优选19-21μm，单个微透镜的矢量高度为20-40μm优选30μm。

所述增透膜是在微透镜阵列上面设有一层连续的金属化合物薄膜；所述增透膜材料可为硫化锌或者氟化钇。

每个微透镜单元中间部分在底面上的光投影形成光敏区，相邻两微透镜单元之间的连接区域在底面上的光投影形成非光敏区，一般认为光敏区之外的区域为非光敏区。