[发明专利]一种非制冷热电偶红外探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非制冷热电偶红外探测器技术领域，尤其涉及一种利用黑硅材料的强红外光吸收特性和光-热转换效应的非制冷热电偶红外探测器及其制备方法，特别是一种利用黑硅材料和高塞贝克系数金属材料(铝、金等)组成的温差电偶来探测中波红外和长波红外辐射的非制冷热电偶红外探测器及其制备方法。

背景技术

一直以来，利用不同材料的塞贝克效应来制备热电堆红外探测器是红外探测成像领域的研究热点之一^[1][2][3]，但是到目前为止并没有出现一种既能够与CMOS工艺相兼容，又具有高红外辐射吸收并能够产生大的温差电动势的半导体材料。

黑硅材料自问世以来就以其在全太阳光谱范围内接近于黑体的吸收效果而受到广泛关注，2006年美国哈弗大学的T.G.Kim等人报道了在硅衬底上过饱和掺硫形成子带隙的超强红外吸收材料^[4]。2010年Malek Tabbal等人报道了具有强子带光吸收特性的过饱和掺硒的单晶硅材料，并对该材料的光电探测器件制备前景进行了预测^[5]。2010年哈弗大学的BrionP.Bob等人对过饱和掺杂硫系元素(硫、硒、碲)硅材料的子带隙物理特性及光电特性进行了系统报道^[6]。国内复旦大学赵利教授研究发现黑硅材料在3μm～5μm和8μm～12μm的中波和长波红外区还存在大于80％的光吸收，为采用低成本硅材料工艺制备高灵敏度红外探测器提供了依据。

但研究发现，黑硅材料对中长波红外光的吸收主要是由缺陷能级引起，这些缺陷能级在吸收红外辐射的同时也会成为载流子的复合中心，从而使所吸收的红外辐射无法直接转换成电信号，而是转化成材料的热能，因此黑硅材料的高红外辐射吸收特性对制备光子型红外探测器制备没有太大意义。但黑硅材料的这一特性对制备热红外探测器却具有很大的潜在应用价值。

本发明根据黑硅材料的这一特性，将其与具有高塞贝克系数的金属(如：铝、金或钛等)组合在一起制备基于温差电偶的非制冷热电偶红外探测器。

参考文献

1、Andrew D.Oliver，Kensall D.Wise，“A 1024-element bulk-micromachined thermopile infrared imaging array”，Sensors and Actuators，73，222，1999.

2、David Kryskowski，“Small pitch high performance thermopile focal plane arrays”，Proc.of SPIE Vol.8012 80123W-1，2011.

3、Tayfun Akin，Zeynel Olgun，Orhan Akar，Haluk Kulah，“An integarated thermopile structure with high responsivity using any standard CMOS process”，Sensors and Actuators A 66，218，1998.

4、E.Antolín，A.Martí，1 J.Olea，D.Pastor，G.González Díaz，I.Mártil，and A.Luque1，“Lifetime recovery in ultrahighly titanium-doped silicon for the implementation of an intermediate band material”94，042115，2009.

5、K.Sánchez，I.Aguilera，P.Palacios，and P.Wahnón，“Formation of a reliable intermediate band in Si heavily coimplanted with chalcogens(S，Se，Te)and group III elements(B，Al)”，Physical review B，82，165201，2010.

6、Meng-Ju Sher，Mark T.Winkler，and Eric Mazur，“Pulsed-laser hyperdoping and surface texturing for photovoltaics”，Materials Research Society，36，439，2011.

发明内容

(一)要解决的技术问题