[发明专利]紫外红外双色焦平面探测器阵列及其性能设计和制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及Pt/CdS肖特基节紫外光探测器件和InSb光伏型红外光探测器件的设计和性能测量，具体是指基于Pt/CdS紫外焦平面和InSb红外焦平面进行紫外波段和红外波段的双色探测方法。

背景技术

多色探测的能力在先进探测系统中有着很重要的地位，通过获取不同波段的信号可以精确辨别探测区域内物体的温度和特征。相比于单色探测，多色探测提供了多维度的对比并可以依据信号处理算法来提高器件灵敏度。比如，双色焦平面探测器阵列可以处理两个波段的辐射信号去除背景杂波和太阳光等干扰信息而只留下目标物体。双色焦平面阵列由于有效信噪比高于单色焦平面探测器阵列而广泛应用于地球行星遥感、天文和军事等领域。

紫外辐射波段为0.01μm～0.4μm，而太阳则是很强的紫外辐射源。对于不同波长的紫外线在大气中的透射率也不同，波长小于280nm的紫外辐射基本都被大气所吸收，而这个波段的紫外辐射也被称为日盲波段。300nm～400nm波段的紫外线能穿过大气到达地面，被称为紫外窗口。军事领域紫外探测技术主要基于近地面紫外窗口的探测。

对于空中的物体(处于均匀的紫外背景辐射中)，遮挡了被大气散射的紫外辐射并且自身发出红外辐射，则紫外/红外双色焦平面阵列通过同时对紫外辐射信号和红外辐射信号进行处理来探测或跟踪该物体，从而大幅提升识别率。CdS的工作波段为300nm～500nm，包括紫外窗口和一部分可见光波段，同时由于红外辐射在CdS材料中有很好的透射性，所以该材料在双色探测器的应用中具有很大优势。同时选取功函数较大的Pt与CdS形成肖特基节，并作为紫外探测器的核心部分。由于InSb材料在中红外波段有高量子效率、高灵敏度的优点和大规模阵列InSb焦平面阵列制作工艺成熟，所以红外探测部分则使用InSb红外焦平面阵列。

本发明通过设计Pt/CdS紫外与InSb红外双色焦平面阵列，并且通过ISE-TCAD软件数值计算该器件的光谱响应和串音，从而验证紫外和红外双色探测方法的可行性。

发明内容

本发明公开了一种紫外和红外双色焦平面探测器及其性能设计和制备方法。通过数值设计得到Pt/CdS紫外与InSb红外双色焦平面阵列的结构和该结构所对应的光谱响应和工作波段，验证了该器件双色探测的可行性。

一种紫外红外双色焦平面探测器阵列，包括n型衬底InSb吸收层4，SiO₂阻挡层3，n型CdS吸收层2，p型InSb吸收层5，所述的紫外红外双色焦平面探测器阵列的结构为：在n型衬底InSb吸收层4上面依次为SiO₂阻挡层3、n型CdS吸收层2和Pt薄膜1，紫外焦平面每个探测器像元所对应的电极6位于Pt薄膜1上，紫外焦平面的公共电极7位于n型CdS吸收层2上；在n型衬底InSb吸收层4背面为p型InSb吸收层5，红外焦平面探测器像元对应的电极8位于p型InSb吸收层5上，红外焦平面的公共电极9位于n型衬底InSb吸收层4上；

所述的n型衬底InSb吸收层4厚度为d_n、砷掺杂浓度为N_n；

所述的p型衬底InSb吸收层5厚度为d_p、硼掺杂浓度为N_p；

所述的CdS吸收层2厚度为d_cds、砷掺杂浓度为N_cds；

所述的Pt薄膜1厚度为d_pt。

双色探测器的性能设计和制备方法如下：

1).n型衬底InSb吸收层4上面为SiO₂阻挡层3，而2为n型CdS吸收层，Pt薄膜1表面的电极6为紫外焦平面每个探测器像元所对应的电极，7为紫外焦平面的公共电极，p型InSb吸收层5表面的电极，8为红外焦平面探测器像元对应的电极，9为红外焦平面的公共电极。

2).所述n型衬底InSb吸收层4厚度为d_n、砷掺杂浓度为N_n，所述p型衬底InSb吸收层厚度为d_p、硼掺杂浓度为N_p，同时p区和n区分别安装电极6和7以测量输出电流信号；

3).所述Pt薄膜1厚度为d_pt，所述CdS吸收层2厚度为d_cds、砷掺杂浓度为N_cds，同时在Pt薄膜和CdS吸收层分别安装电极8、9以测量输出电流信号。