[发明专利]单片集成非制冷红外/紫外双色探测器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测器，尤其是一种单片集成非制冷红外/紫外双色探测器及其制造方法。

背景技术

红外/紫外(IR/UV)双色探测器双色探测技术可获得紫外和红外两个波段的信息，可增强对目标的识别能力，降低虚警率，是目前探测技术发展的研究热点之一，在森林火灾监测、室内外消防和安全监控等领域有重要的应用前景。目前通用的技术方案是将两套独立的红外探测器和紫外探测器简单组合而形成红外/紫外双色探测器，封装复杂，体积大、成本高；近来报道了一种基于GaN/AlGaN异质结构材料体系的单片集成红外/紫外探测器结构：在蓝宝石衬底上生长GaN/AlGaN p-n异质结，形成HEIWIP(Heterojunction Interfacial Workfunction Internal Photoemission)探测器。其响应范围可覆盖红外和紫外波段。n+GaN emitter中，电子的势垒跃迁完成红外探测，Al_xGa_1-xN中电子从价带跃迁到导带完成紫外探测。但是红外响应部分一般工作在80K，需制冷。由于必须低温制冷方可获得高性能的系统应用，所以需要配以笨重而且昂贵的制冷系统才能应用，难以实现低成本的便携式系统需求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种单片集成非制冷红外/紫外双色探测器，将SiC、GaN系和AlxGal-xN系等紫外敏感宽带隙半导体薄膜和铁电、氧化钒和非晶硅等非制冷红外敏感材料薄膜结合起来生长在衬底同一侧，形成红外/紫外双色敏感薄膜，并通过半导体微细加工工艺实现单片集成非制冷红外/紫外双色探测器结构。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种单片集成非制冷红外/紫外双色探测器，它包括衬底，其紫外敏感薄膜结构与红外敏感薄膜结构集成在同一衬底材料上，从衬底向上依次为缓冲层、紫外敏感层、隔离层、红外探测结构，所述隔离层覆盖住紫外敏感层的一部分，红外探测结构在隔离层之上，所述紫外敏感层的另一部分上面置有叉指电极，与紫外敏感层构成紫外探测结构。

所述衬底可以是蓝宝石、硅或者碳化硅抛光衬底。

所述红外探测结构由电极和红外敏感层组成，其中电极可分别置于红外敏感层的两面或者两侧。

所述紫外敏感层为用分子束外延或金属有机物化学气相淀积系统生长的碳化硅、氮化镓-GaN或者铝镓氮-Al_xGa_1-xN系宽带隙半导体材料薄膜，其中Al_xGa_1-xN中的X值与具体应用有关。

所述红外敏感层为通过磁控溅射或者凝胶溶胶等化学合成方法制作的非制冷铁电材料、氧化钒、硫化铅或非晶硅材料层。

所述隔离层为用溶胶凝胶法或PECVD法制备的多孔二氧化硅层或者由二氧化硅牺牲层和氮化硅支撑层组成的复合层。

一种单片集成非制冷红外/紫外双色探测器制造方法，它首先在衬底上用分子束外延或金属有机物化学气相淀积方法生长紫外探测器敏感层，然后用沉积隔离层，接下来再用磁控溅射技术或其他方法沉积非制冷红外探测器敏感层，形成红外/紫外双色探测器复合材料结构，再应用常规的光刻、金属电极薄膜淀积、反应离子刻蚀半导体微细加工工艺进行红外探测器结构、紫外探测器结构制作，完成单片红外/紫外双色探测器芯片。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明在蓝宝石、硅或碳化硅衬底上生长SiC、GaN系或Al_xGa_1-xN系等宽带隙高温半导体紫外敏感薄膜结构，由于该类薄膜结构生长温度和器件可承受温度较高，可以避免表面继续生长铁电材料、氧化钒或非晶硅等非制冷红外敏感材料时的高温工艺而导致薄膜或器件性能的退化；同时，紫外敏感结构和红外敏感结构在衬底上方叠加生长而成，避免了复杂的双面加工工艺，从而用一种相对简单的材料生长方法和加工工艺实现了非制冷红外/紫外双色探测器的单片集成，在单个芯片上实现红外传感器和紫外传感器优势互补，可以拓展响应频谱的范围，提高对目标的探测和识别概率；通过一个集成探测器完成两个波段的探测，而且应用中无需低温要求，简化了系统的制作工艺和封装工艺，减小了器件体积，降低了加工成本。

附图说明

图1是制造红外/紫外双色探测器基本结构示意图；

图2是红外敏感层为BST材料的红外/紫外双色探测器结构示意图；

图3是红外敏感层为VOx材料的红外/紫外双色探测器结构示意图；