CN109524501A - 空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，包括：步骤A：基于外延片制备可见光至近红外平面单管阵列；步骤B：制备附有金属电极的刚性基底；步骤C：将步骤A制成的所述平面单管阵列倒扣焊接在附有金属电极的刚性基底上；步骤D：通过机械外力的作用将刚性基底折叠成立体形状；以及步骤E：将刚性基底的金属电极引出并封装，制成空间全方位探测的可见光至近红外探测器；所述方法所制备的探测器具有对复杂环境的超强适应性，可以实现对可见光和近红外两种波段的探测，可以不通过机械扫描，并保证成像质量、精度等高性能的前提下实现对目标的全方位监控。
Description
技术领域
本公开涉及红外探测与成像技术领域，尤其涉及一种空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法。
背景技术
红外技术的核心是红外探测器，其能够将红外波段的光信号转换为电信号，并且通过读出系统将人眼不可见的目标可视化，是近年来医疗、夜间监测、武器瞄准、目标跟踪、精确制导、卫星遥感等领域应用比较广泛的科学技术。
当前的红外光电探测器主要都是基于半导体光敏材料制备而成，材料和结构都属刚性，并且呈平面型。随着对探测精度、成像范围等性能的要求不断提升，红外探测器在向更密集化、全方位、微型化的方向发展。尤其是在消防、国防、航空等方面，对全方位探测性能的要求最会显著：室内室外死角区域火源的监控、周围复杂的战场环境的侦查、宇宙空间全方位的实时观测等等。
目前实现全方位探测的手段大多采用转动扫描方式，但是在实时成像方面仍有一定局限性，并且机械转动增加了不必要的功耗；柔性曲面探测器的诞生一定程度上解决了实时探测的局限性，但是在制备工艺和器件性能方面跟刚性探测器方面仍略显劣势；结合凸面光学系统的探测器虽然实现了广角范围信息的实时采集，但是也限制了探测器对复杂信息的精确识别，降低了探测器的分辨能力。
公开内容
(一)要解决的技术问题
基于上述问题，本公开提供了一种空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，以缓解现有技术所制备的红外探测器实时成像的局限性、工艺制备复杂、低分辨率、环境适应能力差等技术问题。
(二)技术方案
本公开提供一种空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，包括：步骤A：基于外延片制备可见光至近红外平面单管阵列；步骤B：制备附有金属电极90的刚性基底；步骤C：将步骤A制成的所述平面单管阵列倒扣焊接在附有金属电极90的刚性基底上；步骤D：通过机械外力的作用将刚性基底折叠成立体形状；以及步骤E：将刚性基底的金属电极引出并封装，制成空间全方位探测的可见光至近红外探测器。
在本公开实施例中，步骤A中所用外延片的结构由上到下，包括：P接触层和帽层10，制成材料包括：InP、InGaAsP或InGaAs；光吸收层20，制成材料包括：InGaAs；N接触层30，制成材料包括：N型掺杂InP、InGaAsP或InGaAs；牺牲层40，制成材料包括：InGaAs或InGaAsP；以及衬底50，制成材料包括：InP。
在本公开实施例中，所述步骤A包括：步骤A1：去除衬底并腐蚀掉牺牲层40后，漏出N接触层30；以及步骤A2：在P接触层和帽层10和N接触层30表面分别生长P型金属层和N型金属层，并图形化分别制得P型金属接触电极60和N型金属接触电极70，制成平面单管阵列。
在本公开实施例中，所述N接触层的厚度小于100nm。
在本公开实施例中，步骤B所制备的刚性基底10包括：绝缘材料80；设置于所述绝缘材料80上表面的金属上电极91；以及设置于所述绝缘材料80下表面的读出电极92。
在本公开实施例中，所述步骤B包括：步骤B1：在绝缘材料80外表面制备金属层；以及步骤B2：将步骤B1所制备的金属层制成金属电极90。
在本公开实施例中，将所述绝缘材料80的上表面设置的金属上电极91与步骤A所制备的平面单管阵列的P型金属接触电极60倒扣焊接。
在本公开实施例中，将所述绝缘材料80的下表面设置的读出电极92与探测器的读出系统连接。
在本公开实施例中，制备金属上电极91的材料包括：Ti、Pt、AuGeNi或Au；制备读出电极92的材料包括：Au或Ag。
在本公开实施例中，所制备的探测器的立体结构包括：正三棱锥体、正多棱锥体、正方体、正八面体或足球体。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)可以实现对可见光和近红外两种波段的探测，即在白天和夜间都可以对环境或者目标实时监测；
(2)可以不通过机械扫描，并保证成像质量、精度等高性能的前提下实现对目标的全方位监控；
(3)本发明制备的空间全方位探测的可见光至近红外探测器，在制备工序上操作简单，探测器的立体形状可以任意设计，具有对复杂环境的超强适应性，有望使全方位探测器实现小型化、便携化、低功耗。
附图说明
图1为本公开实施例空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法的流程示意图。
图2为本公开实施例制备空间全方位探测的可见光至近红外探测器的外延片的结构示意图。
图3为本公开实施例制备空间全方位探测的可见光至近红外探测器的外延片去除衬底和牺牲层后并在InP帽层上生长有N、P型金属接触电极的示意图。
图4为本公开实施例附有金属电极的刚性基底示意图。
图5为本公开实施例平面单管阵列与附有金属电极90的刚性基底焊接后的截面示意图。
图6为本公开实施例平面单管阵列与附有附有金属电极90的刚性基底倒扣的正面示意图，以足球面为基底，在足球面上倒扣4×4的平面单管阵列为具体实施例。
图7为本公开实施例预先设计好的足球状立体探测器的平铺图。
图8为本公开实施例平面探测器转变为足球状立体探测器后的示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
10-P接触层和帽层；20-光吸收层；30-N接触层；40-牺牲层；
50-衬底；60-P型金属接触电极；70-N型金属接触电极；80-绝缘材料；
90-金属电极；
91-金属上电极；92-读出电极。
具体实施方式
本公开提供了一种空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，所述方法所制备的探测器可以实现对可见光和近红外两种波段的探测，可以不通过机械扫描，并保证成像质量、精度等高性能的前提下实现对目标的全方位监控；在制备工序上操作简单，探测器的立体形状可以任意设计，具有对复杂环境的超强适应性，有望使全方位探测器实现小型化、便携化、低功耗。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在本公开实施例中，提供一种空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，图1为所述制备方法的流程示意图，如图1所示，所述制备方法包括：
步骤A：基于外延片制备可见光至近红外平面单管阵列；
图2为本公开实施例制备空间全方位探测的可见光至近红外探测器的外延片的结构示意图，如图2所示，所述外延片的结构由上到下包括：
P接触层和帽层10，制成材料包括：InP、InGaAsP或InGaAs；
光吸收层20，制成材料包括：InGaAs；
N接触层30，制成材料包括：N型掺杂InP、InGaAsP或InGaAs；
牺牲层40，制成材料包括：InGaAs或InGaAsP；以及
衬底50，制成材料包括：InP。
其中N接触层的厚度要求小于100nm，N接触层30的厚度足够薄以减少InP对可见光的吸收。
在本公开实施例中，图3为空间全方位探测的可见光至近红外探测器的外延片去除衬底50和牺牲层40后并在InP帽层上生长有P型金属接触电极60和N型金属接触电极70的示意图，也即是制成的平面单管阵列的示意图，所述单管阵列为InGaAs二维单管阵列。
所述步骤A包括：
步骤A1：利用InGaAs光电探测器制备工艺，将外延片的N接触层的厚度控制在100nm以下，去除衬底并腐蚀掉InGaAs牺牲层后，漏出InP的N接触层。
步骤A2：在P接触层和帽层10和N接触层30表面分别生长P型金属层和N型金属层，并图形化分别制得P型金属接触电极60和N型金属接触电极70，制成平面单管阵列。
步骤B：制备附有金属电极90的刚性基底；
图4为本公开实施例附有读出电极92的刚性基底示意图，如图所示，所述刚性基底包括：绝缘材料80，金属电极90，其中在上表面露出的金属上电极91是为了与平面单管阵列的P型金属接触电极60倒扣焊接；下表面露出的金属电极为读出电极92，与探测器的读出系统连接。
制备金属上电极91的材料包括：Ti、Pt、AuGeNi或Au等金属导体材料；制备读出电极92的材料包括：Au或Ag等金属导体材料。
步骤C：将步骤A制成的所述平面单管阵列倒扣焊接在附有金属电极90的刚性基底上；
所述平面单管阵列倒扣在附有金属电极90的刚性基底上，平面单管阵列的P型金属接触电极与刚性基底上表面的金属上电极91一对一连接；
图5为本公开实施例中平面单管阵列与附有金属电极90的刚性基底焊接后的截面示意图。
步骤D：通过机械外力的作用将刚性基底折叠成立体形状；
按照预先设计的图形折叠弯曲，形成立体形状，并固定即可。
在本公开实施例中，图6所示为平面单管阵列倒扣在足球面类型的刚性基底的正视图，以足球面上每个正六边形和正五边形附有金属电极的刚性衬底上倒扣4×4的平面单管阵列为具体实施例，其中包括附有金属电极的刚性基底；InGaAs平面单管。
步骤E：将刚性基底的金属电极引出并封装，制成空间全方位探测的可见光至近红外探测器。
步骤E中所引出并封装的金属电极为读出电极92。
在本公开实施例中，图7为本公开实施例预先设计好的足球立体探测器的平铺图，其由20个正六边形和12个正五边形组成。
在本公开实施例中，图8所示为平面探测器转变为足球状立体探测器后的示意图，在其32个表面上分别有4×4的平面单管阵列，足球内部通过读出电极92与读出系统连接实现探测；
每个表面上的探测器阵列负责相应方位的目标探测，从而实现空间立体全方位实时探测。
本公开提供了一种空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，所述方法所制备的探测器可以实现对可见光和近红外两种波段的探测，可以不通过机械扫描，并保证成像质量、精度等高性能的前提下实现对目标的全方位监控；在制备工序上操作简单，探测器的立体形状可以任意设计，具有对复杂环境的超强适应性，有望使全方位探测器实现小型化、便携化、低功耗。
所述的立体形状可以模仿各种复杂的物体或生物等；其立体形状的面越多，其表面的可见光至近红外探测器件对空间采集的信息越密集丰富，便于实现全方位立体监控。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供了一种空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，所述方法所制备的探测器可以实现对可见光和近红外两种波段的探测，可以不通过机械扫描，并保证成像质量、精度等高性能的前提下实现对目标的全方位监控；在制备工序上操作简单，探测器的立体形状可以任意设计，具有对复杂环境的超强适应性，有望使全方位探测器实现小型化、便携化、低功耗。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，包括：
步骤A：基于外延片制备可见光至近红外平面单管阵列；
步骤B：制备附有金属电极(90)的刚性基底；
步骤C：将步骤A制成的所述平面单管阵列倒扣焊接在附有金属电极(90)的刚性基底上；
步骤D：通过机械外力的作用将刚性基底折叠成立体形状；以及
步骤E：将刚性基底的金属电极引出并封装，制成空间全方位探测的可见光至近红外探测器。
2.根据权利要求1所述的空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，步骤A中所用外延片的结构由上到下，包括：
P接触层和帽层(10)，制成材料包括：InP、InGaAsP或InGaAs；
光吸收层(20)，制成材料包括：InGaAs；
N接触层(30)，制成材料包括：N型掺杂InP、InGaAsP或InGaAs；
牺牲层(40)，制成材料包括：InGaAs或InGaAsP；以及
衬底(50)，制成材料包括：InP。
3.根据权利要求1所述的空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，所述步骤A包括：
步骤A1：去除衬底并腐蚀掉牺牲层(40)后，漏出N接触层(30)；以及
步骤A2：在P接触层和帽层(10)和N接触层(30)表面分别生长P型金属层和N型金属层，并图形化分别制得P型金属接触电极(60)和N型金属接触电极(70)，制成平面单管阵列。
4.根据权利要求2所述的空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，其中所述N接触层的厚度小于100nm。
5.根据权利要求1所述的空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，步骤B所制备的刚性基底(10)包括：
绝缘材料(80)；
设置于所述绝缘材料(80)上表面的金属上电极(91)；以及
设置于所述绝缘材料(80)下表面的读出电极(92)。
6.根据权利要求1所述的空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，所述步骤B包括：
步骤B1：在绝缘材料(80)外表面制备金属层；以及
步骤B2：将步骤B1所制备的金属层制成金属电极(90)。
7.根据权利要求5所述的空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，将所述绝缘材料(80)的上表面设置的金属上电极(91)与步骤A所制备的平面单管阵列的P型金属接触电极(60)倒扣焊接。
8.根据权利要求5所述的空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，将所述绝缘材料(80)的下表面设置的读出电极(92)与探测器的读出系统连接。
9.根据权利要求5所述的空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，制备金属上电极(91)的材料包括：Ti、Pt、AuGeNi或Au；制备读出电极(92)的材料包括：Au或Ag。
10.根据权利要求1所述的空间全方位探测的可见光至近红外探测器的制备方法，所制备的探测器的立体结构包括：正三棱锥体、正多棱锥体、正方体、正八面体或足球体。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110634969A (zh) * | 2019-10-30 | 2019-12-31 | 南昌鼎创光电科技有限责任公司 | 一种基于铟镓砷的波长拓展型红外探测器的外延片结构及其制备方法 |
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2018
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