[发明专利]一种抗辐照近红外焦平面探测器及制作方法

说明书

本发明属于半导体光电探测器领域，具体涉及一种抗辐照近红外焦平面探测器及制作方法；所述探测器包括探测器阵列芯片和CMOS读出电路；所述探测器阵列芯片通过铟柱连接CMOS读出电路；所述探测器阵列芯片的像元区由中心向四周依次为有效像元、哑元和冗余像元构成；本发明借助金属遮罩层对哑元进行遮挡，使得哑元不输出光生信号；利用哑元提供补偿电流，分流有效像元在辐照之后上升的暗电流；本发明结构简单，考虑工艺制作的可行性，能够有效解决近红外焦平面探测器在空间辐照环境中性能参数退化的问题。

技术领域

本发明属于半导体光电探测器领域，具体涉及一种抗辐照近红外InGaAs焦平面探测器的制作方法。

背景技术

近红外InGaAs焦平面探测器具有近室温工作、高探测率、高均匀性、性能稳定、低成本等优点，且具有优异的透烟、透雾及透尘埃成像能力，广泛应用于光谱分析、微光夜视、军事侦察监视等。随着航天技术的迅猛发展，其应用场景逐步向空间领域拓展，在空间激光探测、航天遥感等多领域发挥重要作用。空间环境存在大量高能质子、电子和γ射线同InGaAs焦平面成像系统相互作用，可导致其性能退化甚至失效。

近红外InGaAs焦平面探测器通常包含InGaAs探测器阵列与硅基CMOS读出电路芯片两部分。CMOS读出电路本身，通过形栅结构、保护环设计和采用更先进的工艺制程等手段可以达到较为理想的抗辐效果。但是，辐照将致使探测器阵列的暗电流显著增加，甚至淹没光生电流，使得整个焦平面成像系统失效。降低探测器阵列辐照损伤的常见方法有外壳屏蔽、缩小有源区几何尺寸等。但外壳屏蔽会导致器件整体重量增加而不利于空间应用，过小的PN结几何尺寸将会限制焦平面探测器的光响应极限，使得光生电流淹没在电子系统的噪声中而无法测量。

因此，探测器阵列的抗辐加固是整个近红外InGaAs焦平面探测器的关键，亟待寻找一种有效抑制辐照损伤对InGaAs焦平面探测器的不利影响的方法。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明提供一种抗辐照近红外InGaAs焦平面探测器的设计及制作方法，其结构设计力求简单，并考虑工艺制作的可行性，能够有效解决近红外InGaAs焦平面探测器在空间辐照环境中性能参数退化的问题，满足空间激光探测、航天遥感等领域对InGaAs焦平面探测器高灵敏、低噪声、长寿命的应用要求。

针对近红外InGaAs焦平面探测器现有抗辐加固方案中存在的技术问题，提出了一种抗辐照焦平面探测器，能够有效抑制辐照损伤对InGaAs焦平面探测器的不利影响。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抗辐照近红外焦平面探测器，包括探测器阵列芯片和CMOS读出电路；所述探测器阵列芯片通过铟柱连接CMOS读出电路；

所述探测器阵列芯片包括外延片，所述外延片依次由衬底层、缓冲层、吸收层、渐变层、帽层和接触层构成；在外延片的中心区域设置有像元区，在像元区的外围设置有一圈第一导电类型电极，在第一导电类型电极的外围设置有第一导电类型接触孔；所述像元区由中心向四周依次为有效像元、哑元和冗余像元，所述像元区为第二导电类型电极。

基于与本发明的同一构思，本发明还提出了一种抗辐照近红外焦平面探测器的制作方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：制作由衬底层、缓冲层、吸收层、渐变层、帽层和接触层构成的外延片；

步骤2：在外延片上刻蚀出像元区，包括由中心向四周的有效像元、哑元和冗余像元；并对各种像元掺杂第二导电类型杂质；

步骤3：在像元区的外围采用湿法腐蚀工艺制作出第一导电类型接触孔；

步骤4：制作共面电极，在像元区上方制作出第二导电类型电极，在第一导电类型电极接触孔及其邻近区域制作出第一导电类型电极；

步骤5：将外延片的背面进行减薄抛光，并对减薄抛光后的外延片溅射增透膜；