[发明专利]一种提高光电转化性能的红外焦平面探测器

说明书

技术领域

本发明属于电子科学与技术领域，尤其是涉及一种提高光电转化性能的红外焦平面探测器。

背景技术

当前，红外探测器最显著的发展趋势是光机扫描成像技术迅速向凝视型成像技术发展。这一发展的关键是核心元部件由单元器件升级换代为焦平面器件。各发达国家都在投入巨大人力财力发展红外焦平面阵列(IRFPA)技术。在我国，不仅在资源勘探、环境监测、灾害预报等方面，而且在关系到国家安全的军事国防领域对红外焦平面的需要尤其迫切。

高性能、大规模红外焦平面阵列技术已经成为红外探测领域发展的目标，衡量红外焦平面阵列探测器性能的特征参数主要包括响应率，灵敏度、探测率以及信噪比等等。其中，响应率是指在一定波长下，输出的电信号与输入的光信号之比。由于目前红外焦平面阵列仍采普遍用pn结作为其基本光敏元，利用pn结的光电转换特性将红外光信号转换成电信号，并经过p电极和n电极将信号输出，因此为了提高红外焦平面阵列器件的响应率，人们期望进入红外焦平面阵列的入射光能够被pn结完全转换为电学信号。

然而，对于目前普遍采用离子注入工艺所制备的n⁺p平面结器件而言，尽管重掺杂的n区与金属接触后，界面势垒层变得极薄，载流子能以隧穿的方式传输，因而构成了“准欧姆接触”；但为了控制pn结的隧穿电流，p区则不能使用重掺杂的方式。在金、半功函数差、以及材料表面缺陷等因素的影响下，p电极界面处往往会形成肖特基接触。这就相当于探测器内部形成了两个背靠背的pn结结构。这种肖特基结具有将一部分红外光信号转换为电学信号的能力，并且其所产生的光伏信号极性与pn结的光伏信号相反，因而将降低输出的电信号与输入的光信号之比，从而降低红外焦平面阵列探测器的响应率。特别是p公用电极环绕在全部像元周围，肖特基结具有相当大的面积，产生的影响将更为显著。降低电极对光敏元的光电转换的影响成为提高红外焦平面阵列器件响应率的一个有效途径。

目前，解决器件电极界面对探测器光电转换效率的方法主要是在电极制备过程中通过设计新的结构使电极界面形成欧姆接触，例如采用多层金属化工艺、引入扩.散阻挡层、通过蒸发互熔使金属半导体界面形成重掺杂外延层等。但这些方法对于红外焦平面阵列探测器而言仍存在问题。主要是因为电极生长一般是探测器制作的后期工艺，然而红外探测材料特别是窄禁带红外半导体材料的性质非常复杂、多变和脆弱，表面、界面处的能带结构很容易受上述工艺过程的影响而发生改变，因此由于电极制作而引起的器件失效将大大增加生产成本和损耗。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有简单、方便、对器件无损伤、实用性强，抑制了界面电场形成的光电信号对探测器光敏元光电信号的影响，提高了红外焦平面探测器的光电转换效率的红外焦平面探测器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种提高光电转化性能的红外焦平面探测器，包括

位于芯片中央背光面的焦平面光敏元，

与光敏元连接的n型金属电极，

环绕所有光敏元的p型半导体材料构成的公共电极，

还包括遮光板，位于公共电极的迎光面，阻挡入射的红外光照射到公共电极迎光面，使入射光从遮光板的孔隙中进入红外焦平面探测器中，这样可以在不改变红外焦平面阵列器件结构的前提下，通过公共电极遮光板使电极界面肖特基结的光电转换得到有效抑制，提高红外焦平面阵列器件的光电转换效率。

所述的遮光板采用不透射红外光或者反射红外光的材料制作得到，遮光板的形状与红外焦平面探测器公共电极的形状相同，遮光板上开设有透光用的孔隙。

所述的遮光板的厚度为50μm～1mm。

入射光照射到公共电极的背面，从遮光板的孔隙中垂直入射到探测器内，入射光被光敏元转换为电学信号，经n型金属电极输出到读出电路。

所述的n型金属电极进行重掺杂，与n+型半导体材料形成欧姆接触。

所述的n型金属电极与公共电极的接触面设有钝化层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)基于半导体器件的光伏效应，由于p电极界面肖特基结以及光敏元pn结在红外光的照射下都将产生光伏信号，但肖特基结产生的光伏的极性与pn结的相反，因此将降低输出的电信号与输入的光信号之比，从而降低红外焦平面阵列探测器的响应率。当公共电极的遮光板放置于光入射面后将阻挡入射光照射到公共电极的背面，以这样的方式减小了肖特基结光伏的产生，提高了器件的光电转换效率。