[发明专利]自制冷型锑化物超晶格红外探测器及其制备方法

说明书

一种自制冷型锑化物超晶格红外探测器及其制备方法，自制冷型锑化物超晶格红外探测器包括：衬底；缓冲欧姆接触层，形成于所述衬底上；发射极层，形成于所述缓冲欧姆接触层上；所述发射极层包括n型重掺杂InAs/GaSb二类超晶格；微制冷区，形成于所述发射极层上；所述微制冷区由下到上依次包括Al_xGa_1‑xSb势垒、InAs量子阱和GaSb势垒，其中，0.5＜x＜1；超晶格制冷区，形成于所述微制冷区上；所述超晶格制冷区包括InAs/GaSb本征二类超晶格；集电极层，形成于所述超晶格制冷区上。本发明使得锑化物超晶格红外探测器能在更高的温度下工作，提高锑化物超晶格红外探测器的工作性能。

技术领域

本发明涉及红外探测器技术领域，尤其涉及一种自制冷型锑化物超晶格红外探测器及其制备方法。

背景技术

随着半导体技术和集成电路技术的飞速发展，从由几十个电子、光电子器件组成，只能实现简单功能的集成电路，到集成密度不断提高，集成芯片越来越复杂的超大规模集成电路，其中芯片的功率密度不断增加，芯片发热使得器件的可靠性大大降低，器件性能随之恶化。

因此，解决芯片发热问题成为至关重要的一环。

目前对于集成电路芯片采用的最常用的制冷手段是传统的热电制冷方法，其原理是基于1834年，由帕尔贴(Peltier)发现的帕尔贴效应，当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，随着电流方向的不同，在不同导体的交界处会分别出现吸热、放热现象。而大多数热电制冷器采用的是BiTe材料，其微型化成本较高，且与传统IC工艺兼容性较差。在热电制冷原理中，电子主要是通过扩散和漂移的方式通过势垒，会与散射中心发生碰撞，因此会产生不可忽视的焦耳热。1994年，G.D.Mahan提出了半导体制冷的新方法—热离子制冷，为半导体制冷提供了新思路。热离子制冷，是通过利用热电子有选择性的发射来进行制冷的，电子从冷极向热极运动，就会带走冷极的热量，因此实现冷极端的制冷。而在热离子制冷器中，电子主要以热电子发射的方式通过势垒，几乎不与杂质散射中心发生碰撞，因此产生的焦耳热较小，相对于热电制冷会有更好的制冷效率。因此，在热离子制冷模型中，势垒厚度L需要大于电子隧穿长度l₁，小于电子平均自由程l₂，以此来减少电子的扩散和漂移运动，不与杂质散射中心发生碰撞，使得产生的焦耳热较小。

1977年，Sai-Halasz，Tsu，以及Esaki，首次提出了二类超晶格的概念，由Johnson等在1996年证实了二类超晶格可以作为红外探测器的材料。InAs/GaSb二类超晶格作为红外探测器的材料，波长易调节，电子有效质量较大，俄歇复合率较低，响应高灵敏度强，但是由于其高灵敏度，也易被噪声干扰，因此大部分InAs/GaSb二类超晶格红外探测器需要在低温环境下工作，而低温设备尤其是制冷温度低于77K的设备，成本较高，体积较大，且难以携带，因此提高InAs/GaSb二类超晶格红外探测器的工作温度，一直是该领域科研人员试图解决的一个重要问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种自制冷型锑化物超晶格红外探测器及其制备方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案：

作为本发明的一个方面，提供一种自制冷型锑化物超晶格红外探测器，包括：

衬底；

缓冲欧姆接触层，形成于所述衬底上；

发射极层，形成于所述缓冲欧姆接触层上；所述发射极层包括n型重掺杂InAs/GaSb二类超晶格；

微制冷区，形成于所述发射极层上；所述微制冷区由下到上依次包括Al_xGa_1-xSb势垒、InAs量子阱和GaSb势垒，其中，0.5x1；