CN101211958A - 铝镓氮-锆钛酸铅焦平面探测器 - Google Patents
铝镓氮-锆钛酸铅焦平面探测器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种AlGaN－PZT焦平面探测器，它采用两种不同响应波段材料同相叠加集成结构。利用多层薄膜结构中不同层对于不同光子能量的光吸收的差别，实现了在紫外到红外的宽波段吸收和高分辨率的有机结合。外延层AlGaN作为紫外吸收层，吸收能量大于其禁带宽度的入射光子，并转化为光电流；同时作为窗口层，使能量小于其禁带宽度的入射光子透过。透过的光子被LaNiO3吸收转化为热量，传递给PZT材料，利用热释电性质，得到光信号。本发明的优点是：适应大规模焦平面应用，并且可以室温工作。
Description
技术领域
本发明涉及紫外-红外波段焦平面探测器，具体是指由多层薄膜叠加集成的铝镓氮-锆钛酸铅(AlGaN/PZT)焦平面探测器。
背景技术
目前报道的两个或多个窄波段集成焦平面探测器，主要集中在红外和可见波段范围，紫外-红外波段集成的探测器报道很少，仅有二篇中国专利。一篇题为“氮化镓基紫外-红外双色集成探测器”，专利号：200510026720.6。此专利由在蓝宝石衬底上依次排列生长的N+-GaN电极层、GaN基多量子阱、AlxGa1-xN紫外吸收层、叉指电极组成；要探测的紫外波长和红外波长分别由AlxGa1-xN紫外吸收层和GaN基多量子阱中AlxGa1-xN势垒层的组分x确定。由于MSM结构的填充因子低以及量子阱本身的特点，探测器的量子效率不易提高。另有一篇题为“AlGaN/PZT紫外/红外双波段探测器”，申请号：200710041610.6。该专利在宝石基板两侧分别实现紫外和红外波段的探测，这种结构的缺点是不能用于大规模焦平面探测器。
发明内容
本发明的目的是提出一种可以克服上述已有结构所存在的问题的AlGaN-PZT焦平面探测器，该探测器采用薄膜结构，在衬底同一面依次排列集成，实现紫外和可见-红外探测，可室温工作。
本发明的AlGaN-PZT焦平面探测器，包括：蓝宝石衬底1，在蓝宝石衬底1上依次置有AlGaN结构的NIP型紫外列阵探测器件和PZT铁电复合薄膜结构的红外列阵探测器，在紫外列阵探测器和PZT铁电复合薄膜列阵探测器之间置有防止串音的多孔SiO2隔热层7。
所说的AlGaN紫外列阵探测器包括：依次排列外延生长在蓝宝石衬底1的AlN缓冲层2、N型AlxGa1-xN层3、i型AlyGa1-yN层4和P型AlyGa1-yN层5，在外延层上通过刻蚀形成AlGaN光敏元列阵，在N型AlxGa1-xN层3上置有公共电极12，在P型AlyGa1-yN层5上置有P电极11，侧面和正面裸露的AlGaN光敏元列阵上置有SiO2钝化层6。
所说的PZT列阵探测器由置在多孔SiO2隔热层7上的通过溶胶-凝胶法依次排列生长的LaNiO3层8、PZT层9组成。LaNiO3层8作为下电极层，PZT层9上置有上电极10。
所说的紫外探测波长与AlGaN的组份有关，短波截止波长由N型AlxGa1-xN层3的组分x决定，长波截止波长由P型AlyGa1-yN层5的组分y决定。
本发明的探测器采用背入射方式工作，工作过程是：当一束含有紫外、可见、红外成分的入射光照射到器件表面时，首先透过蓝宝石衬底和AlN层，能量大于N型AlxGa1-xN层禁带宽度的光子被该层吸收，能量在N型AlxGa1-xN层和P型AlyGa1-yN层的禁带宽度中间的光子产生电子空穴对，经pn结电场加速收集，产生光信号输出；能量小于P型AlyGa1-yN层禁带宽度的光子穿过SiO2钝化层6、多孔SiO2隔热层7，在LaNiO3层8上转化为热，PZT层9接受热信号，转化为电信号输出。由于入射光垂直经过各层，产生电信号输出，因此该结构可以实现紫外到红外的同时同位置探测。
本发明的最大优点在于：
1.可以同时探测紫外到红外波段的信号，并且在紫外波段具有很高的量子效率，可见-红外波段的光谱响应很宽。
2.该探测器在紫外波段的响应可以根据应用需求通过调整AlxGa1-xN层的组分来进行调节。
3.该探测器与大规模、高可靠性的焦平面发展方向一致，有广泛的应用前景；
4.制作工艺可行，室温工作，使用方便。
附图说明
图1为本发明的AlGaN-PZT焦平面探测器的俯视示意图(以8×8为例)；
图2为本发明的焦平面探测器的结构示意图(仅画出一个单元)；
图3为本发明的焦平面探测器的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面以紫外探测波长为250-280nm为实施例，结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：
本发明采用常规的材料生长和器件制备工艺，通过材料逐层生长和器件刻蚀工艺实现器件结构成形，其工艺步骤如下：
(1)在双面抛光的蓝宝石衬底1上，用MOCVD方法依次排列生长(见图3(a))：
0.1-1.5微米厚的AlN缓冲层2；
0.5-2微米厚Si掺杂浓度为1018cm-3的N型AlxGa1-xN层3，组份x＝0.65；
0.1-0.4微米厚的i型AlyGa1-yN层4，组份y＝0.45；
0.05-0.4微米厚Mg掺杂浓度为1017cm-3的P型AlyGa1-yN层5，组份y＝0.45；
(2)刻蚀P型Al0.45Ga0.55N层5和i型Al0.45Ga0.55N层4的部分区域，形成台面结构(见图3(b))；并生长0.1-0.5微米厚SiO2钝化层6；
(3)溶胶-凝胶法依次生长(见图3(c))：
0.1-0.5微米厚多孔SiO2隔热层7；
0.02-0.2微米厚LaNiO3吸收层8；
(4)刻蚀部分LaNiO3吸收层8，留下的部分LaNiO3吸收层8作为下电极层；溶胶-凝胶法生长0.02-0.5微米厚PZT薄膜9；在PZT薄膜上光刻生长0.02-0.1微米厚Pt上电极10作为引出电极(见图3(d))；
(5)分别刻蚀到N-Al0.65Ga0.35N层3和P-Al0.45Ga0.55N层5，在N-Al0.65Ga0.35N层3上制备Ti/Al/Ti/Au公共电极12，在P-Al0.45Ga0.55N层5上制备Ni/Au电极，并且该Ni/Au电极通过台面的侧面延伸至LaNiO3吸收层8，与LaNiO3吸收层电学接触，Ni/Au电极既作为AlGaN探测器的P电极11又作为PZT探测器的下电极层的引出电极(见图2)。
芯片上生长铟柱，与读出电路倒焊互连，即完成AlGaN-PZT焦平面探测器的制备，图中未画出铟柱与读出电路。
Claims (4)
1.一种AlGaN-PZT焦平面探测器，包括：蓝宝石衬底(1)，其特征在于：
在蓝宝石衬底(1)上依次置有AlGaN NIP型紫外列阵探测器和PZT铁电复合薄膜红外列阵探测器；在紫外列阵探测器和PZT铁电复合薄膜列阵探测器之间置有防止串音的多孔SiO2隔热层(7)。
2.根据权利要求1的一种AlGaN-PZT焦平面探测器，其特征在于：所说的AlGaN紫外列阵探测器包括：依次排列外延生长在蓝宝石衬底(1)的AlN缓冲层(2)、N型AlxGa1-xN层(3)、i型AlxGa1-xN层(4)和P型AlxGa1-xN层(5)，在外延层上通过刻蚀形成AlGaN光敏元列阵；在N型AlxGa1-xN层(3)上置有公共电极(12)，在P型AlxGa1-xN层(5)上置有P电极(11)，侧面和正面裸露的AlGaN光敏元列阵上置有SiO2钝化层(6)。
3.根据权利要求1的一种AlGaN-PZT焦平面探测器，其特征在于：所说的PZT列阵探测器由置在多孔SiO2隔热层(7)上的通过溶胶-凝胶法依次排列生长的LaNiO3层(8)、PZT层(9)组成；LaNiO3层(8)作为下电极层，PZT层(9)上置有上电极(10)。
4.根据权利要求1的一种AlGaN-PZT焦平面探测器，其特征在于：所说的紫外探测器的探测波长与AlGaN的组份有关，短波截止波长由N型AlxGa1-xN层(3)的组分x决定，长波截止波长由P型AlyGa1-yN层(5)的组分y决定。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101976697A (zh) * | 2010-09-17 | 2011-02-16 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 具有AlGaN吸收层的热释电紫外探测器 |
| CN101894831B (zh) * | 2009-05-20 | 2012-08-22 | 中国科学院半导体研究所 | 紫外-红外双波段探测器及其制作方法 |
| CN106898674A (zh) * | 2017-03-25 | 2017-06-27 | 张清 | 一种双波段探测器 |
| CN106972077A (zh) * | 2017-03-25 | 2017-07-21 | 张清 | 一种双波段探测器的制作方法 |
| CN113984199A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-28 | 北京理工大学 | 红外-可见光双色切换上转化成像焦平面器件及制备方法 |
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2007
- 2007-12-21 CN CNA2007101727032A patent/CN101211958A/zh active Pending
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