[发明专利]一种高效的红外探测器结构

说明书

本发明提供一种高效的红外探测器结构，通过相邻支撑壁、反射结构和红外频段选择结构形成反射空腔；红外射线自开口入射进入所述反射空腔，经所述反射结构反射至所述红外频段选择结构；所述红外频段选择结构选择吸收特定波长的红外射线，输出红外响应信号，提高特定波长的红外射线的能量吸收效率，进而提高红外探测器的灵敏度。

技术领域

本发明涉及半导体光学器件领域，更具体地，涉及一种高效的红外探测器结构。

背景技术

当前检测技术受限于探测器的响应频段和响应灵敏度，特别地，在包含众多生物特征谱的红外及远红外频段，探测器所能覆盖的频率范围有限，根本原因在于当前探测器响应频段对应于探测器材料固有的跃迁能带宽度，通过当前能带工程，能带宽度的设计灵活度已有了大幅度的提高，但仍然不能满足很好覆盖红外频段，而热效应的存在导致通过子带间跃迁的能带设计往往需要极其苛刻的实现条件，如探测器的低温真空状态等。目前红外/远红外频段的探测器主要有两类技术实现，一类是光学往下，主要沿用可见光、近红外等固态器件技术，基于半导体能带工程实现对应频段的探测器，但此类探测器具有低温，成本高的限制；另一类技术，主要是通过电子学技术往上，即基于传统的毫米波/微波器件，通过频率倍增并结合相干技术，实现对应频段的信号检测，该类技术同样具有成本高，系统不稳定且体积大的缺陷，同样难以实用。

研究显示，近几年所出现的基于共振感应效应的电磁波探测技术，是可能解决上述问题的一个潜在模式。基于此，我们提出了一种采用复合结构的红外探测器，一方面通过设计特殊的结构以对目标频段信号进行响应，实现频段定制功能，另一方面，采用反馈耦合腔体增强信号吸收效率，提高响应灵敏度，以综合提高固态红外探测器性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种高效的红外探测器结构，包括：

反射结构；

若干支撑壁，位于所述反射结构上；

红外频段选择结构，位于所述支撑壁上，且悬空覆盖所述反射结构，所述红外频段选择结构具有若干开口；其中，

相邻所述支撑壁、反射结构和所述红外频段选择结构形成反射空腔；红外射线自所述开口入射进入所述反射空腔，经所述反射结构反射至所述红外频段选择结构；所述红外频段选择结构选择吸收特定波长的红外射线，输出红外响应信号。

优选地，所述支撑壁沿第一方向平行排列；所述红外频段选择结构包括若干红外频段阵列，所述红外频段阵列分设在所述支撑壁上，且沿第一方向并行排列，相邻所述红外频段阵列之间通过端部相连且形成所述开口，所述开口具有垂直于所述第一方向的开口宽度；最外侧的所述红外频段阵列的端部引出用作所述红外响应信号的输出端。

优选地，相邻所述红外频段阵列的首尾端部相连形成S字形串联，所述开口宽度正比于所述特定波长。

优选地，所述开口宽度正比于所述特定波长2～10倍；所述红外频段阵列包含若干频选单元，所述频选单元在二维平面方向周期性排布，且具有几何图形。

优选地，所述开口宽度为4μm；所述频选单元的排布周期为2000nm；所述几何图形包括环形、十字形、类光栅形中的一种或多种组合。

优选地，所述几何图形为十字形，所述十字形具有垂直于所述第一方向的十字宽度，以及平行于所述第一方向的十字长度，所述十字宽度为400nm，所述十字长度为800nm～1700nm。

优选地，所述频选单元包括自下而上设置的第一介质层、第二介质层和金属层。

优选地，所述第一介质层的材料包括重掺杂硅材料；所述第二介质层的材料包括氧化硅；所述金属层的材料包括Ti、Al中的一种或两种组合。