[发明专利]一种有源区等电位的碲镉汞红外焦平面探测器

说明书

本发明公开了一种有源区等电位的碲镉汞红外焦平面探测器，通过在碲镉汞红外焦平面阵列区腐蚀出有源区电极孔，并在制备金属公共电极时将此电极孔相连，使得碲镉汞红外焦平面阵列边缘区域有源区和阵列中央有源区等电位。该芯片结构具有碲镉汞红外焦平面阵列有源区像元工作电位一致的优点，有利于解决只在碲镉汞红外焦平面阵列边缘制备公共电极而导致阵列像元工作电压不一、输出信号差异大的问题。

技术领域

本发明涉及碲镉汞红外焦平面探测器技术，具体涉及碲镉汞红外焦平面阵列的设计与制备技术。

背景技术

碲镉汞红外焦平面探测器是用于获取物体红外信息，并同时进行信息处理的成像传感器，其在航空、航天、农业和海洋等多个领域都有广泛应用。第三代碲镉汞具有大面阵、多色化、集成化特点。制备碲镉汞红外焦平面探测器的核心之一就是碲镉汞芯片制造工艺。碲镉汞红外焦平面阵列有源区公共电极的制备就属于核心工艺步骤之一。对于有源型碲镉汞其薄层电阻Rs一般在百欧到千欧量级，见Singh A,Shukla A K,Jain S,et al,“Electrical characteristics of electroless gold contacts on p-type Hg_1-xCd_xTe”,Materials Science in Semiconductor processing,Vol.26,2014,p294-300.和Saxena R S,Bhan R K,Sareen L,et al,“Bias dependence of photo-response inHgCdTe photodiodes due to series resistance”,Infrared physics&Technology,Vol.54(2),2011,p108-113。金属电极接触电阻一般在十欧量级，见胡晓宁,赵军,“Au/Sn与p-HgCdTe的欧姆接触”,红外与毫米波学报,Vol.5,1998,p397-400。

对于大尺寸大面阵的焦平面，传统的焦平面阵列有源区公共电极只制备在阵列区域外围，见图2。薄层电阻Rs会导致阵列中央区域和边缘区域像元工作电压的不一致，见Singh A,Shukla A K,Jain S,et al,“Electrical characteristics of electrolessgold contacts on p-type Hg_1-xCd_xTe”,Materials Science in Semiconductorprocessing,Vol.26,2014,p294-300。工作电压不一致会造成像元输出信号差异大，焦平面成像质量差等问题。焦平面尺寸越大，薄层电阻Rs带来的影响则越显著。

发明内容

本发明的目的是为了解决碲镉汞红外焦平面阵列中央区域和边缘区域因薄层电阻Rs导致的像元工作偏置电压不一致性问题，而提出的一种可使碲镉汞红外焦平面阵列有源区等电位、像元工作偏置电压一致的公共电极结构的探测器芯片结构。

总体结构描述：如图1，本芯片包括碲镉汞有源区1，钝化层2，pn结光敏元区电极层3，有源区公共电极层4和pn结区5，在p型的碲镉汞有源区1上通过B⁺离子注入形成pn结区5,得到pn结光敏元列阵；在碲镉汞上覆盖钝化层2，在pn结区5和碲镉汞有源区1上方的钝化层2上分别开孔使pn结区5与pn结光敏元区电极层3相连，碲镉汞有源区1与有源区公共电极层4相连，有源区公共电极层4环绕阵列四周并延伸进阵列区域内有源区。

进一步结构特点描述：钝化层2由碲化镉和硫化锌组成，先覆盖碲化镉，再覆盖硫化锌。碲化镉厚度在100nm到200nm之间，硫化锌厚度在0nm到200nm之间；电极层由锡和金组成，先覆盖锡，再覆盖金。锡厚度在20nm到40nm之间，金厚度在60nm到120nm之间。

工作原理：焦平面阵列在工作时需对像元加偏置电压，有源区公共电极层4将碲镉汞焦平面阵列区周围有源区与阵列内有源区相连，使得有源区各处电位一致，使得像元工作偏置电压一致。