CN116825895A - 一种光探测器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光探测器件及其制备方法，所述光探测器件包括：形成有读出电路阵列的基板，阵列中的每一个读出电路的单元对应一个像素单元；位于基板上的电子传输层阵列，其与对应的读出电路阵列相连；位于电子传输层阵列上的布拉格反射层，覆盖在电子传输层上方的厚度为所探测光的波长的1/4，所述布拉格反射层为透明绝缘介质；位于布拉格反射层上的光电转化层阵列，其与对应的电子传输层阵列相连；位于在光电转化层阵列上的光吸收层以及位于光电转化层阵列之间的，用于隔离像素单元的隔离墙，所述隔离墙将光吸收层隔离为阵列；位于光电吸收层上方的透明公共电极层阵列，其与光电转化层阵列一一对应，利用布拉格反射原理来实现增强反射，从而提高器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，特别涉及一种光探测器件及其制备方法。
背景技术
21世纪以来，随着半导体技术的不断进步，图像传感技术得到了飞速发展，经过近十年的研发，据统计，室温下大部分物体辐射波处在红外波段。于是，红外辐射成像方式成为一种全新的探测方式，红外成像技术利用红外光电系统将接收到的红外辐射进行光电转换，转为人眼可察觉图像。硅基成像阵列分辨率逐渐提高、像素规模不断扩大、像素尺寸逐渐减小，像素规模已达亿级。根据调查统计数据显示，硅基图像传感器市场逐年增长，然而，受限于硅的吸收，硅基图像传感器的探测波段仅为1.1μm，且在1700nm波段之后处于探测盲区，限制了其在自动驾驶、夜间拍摄等领域的广泛应用。
光探测器件的工作原理是将短波红外光转换成电子信号，短波红外光谱范围是从0.78到1.5微米，而标准的半导体材料如硅、锗和加硫化铟等材料，只能探测到1微米以上的光谱。而量子点具有较宽的带隙，能够探测到更近红外的光谱。因此，利用量子点作为信号转换材料，可以拓展光探测器件的探测范围。
短波红外(SWIR)的范围在900到2500nm之间，它占据了近红外以上的电磁波谱，完全超出了传统硅基成像传感器的能力范围。尽管如此，SWIR波段在机器视觉中的应用越来越多，因为它提供了独特的检测、分类和质量控制能力，以及环境光应用，如监视和遥感。由于硅的量子效率在超过800纳米后会迅速衰减，所以SWIR传感器依赖于其他化学成分，如铟镓砷化物(InGaAs)或碲化汞镉(MCT)。传统短波红外焦平面传感器较多采用铟镓砷材料，制备后的探测器阵列通过铟柱倒装键合工艺与硅基读出电路互联，与其他成像方式相比，它们具有较高成熟程度，但是半导体外延生长成本高，倒装键合成功率低，导致采用铟镓砷材料制备的短波红外焦平面传感器的造价高昂。
量子点技术作为一种相对较新的SWIR技术，因为其可提供高分辨，低成本的成像方案正在获得越来越大的吸引力，但是量子点高性能短波红外器件的制造工艺复杂，怎样进一步提高器件的性能，是亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述器件性能的问题，本发明提出了一种光探测器件及其制备方法，所述光探测器件的制备方法包括：
步骤S1：提供一形成有读出电路阵列的基板，阵列中的每一个读出电路的单元对应一个像素单元；
步骤S2：在基板上形成电子传输层阵列，与对应的读出电路阵列相连；
步骤S3：在电子传输层阵列上形成布拉格反射层，所述布拉格反射层覆盖在电子传输层上方的厚度为所探测光的波长的1/4，所述布拉格反射层为透明绝缘介质；
步骤S4：在所述布拉格反射层上形成光电转化层阵列，与对应的电子传输层阵列相连；
步骤S5：在光电转化层阵列上形成光吸收层以及位于光电转化层阵列之间的，用于隔离像素单元的隔离墙，所述隔离墙将光吸收层隔离为阵列；
步骤S6：在光吸收层上方形成透明公共电极层阵列，与光电转化层阵列一一对应。
其中，光探测器件，包括：
形成有读出电路阵列的基板，阵列中的每一个读出电路的单元对应一个像素单元；
位于基板上的电子传输层阵列，其与对应的读出电路阵列相连；
位于电子传输层阵列上的布拉格反射层，覆盖在电子传输层上方的厚度为所探测光的波长的1/4，所述布拉格反射层为透明绝缘介质；
位于布拉格反射层上的光电转化层阵列，其与对应的电子传输层阵列相连；
位于在光电转化层阵列上的光吸收层以及位于光电转化层阵列之间的，用于隔离像素单元的隔离墙，所述隔离墙将光吸收层隔离为阵列；
位于光电吸收层上方的透明公共电极层阵列，其与光电转化层阵列一一对应。
本方案通过增加布拉格反射层，利用布拉格反射原理来实现增强反射，从而提高器件性能，其中SiO2和TiO2的叠层就实现了反射增强的原理，使性能提高15％-40％。
附图说明
图1为本发明光探测器件的制备方法一实施例的流程图；
图2～图7为本发明光探测器件的制备方法一实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本申请实施例提供了一种光探测器件及其制备方法，参考图1～图7，本申请的制备方法包括：
步骤S1：提供一形成有读出电路阵列110的基板100，阵列中的每一个读出电路单元对应一个像素单元。
具体的，参考图2在本实施例中，所述基板100包括半导体衬底101和位于衬底上的像素单元120，半导体衬底的材料可以是本领域技术人员熟知的任意合适的衬底材料，例如硅、锗、锗硅、砷化镓、磷化铟等体半导体衬底材料。像素单元120在基板上呈阵列分布，每个像素单元具有读出电路单元(ROIC)，因此读出电路呈阵列分布，即读出电路阵列110，利用半导体衬底形成读出电路阵列，读出电路阵列可以为利用半导体常规制程形成的功能性电路，不再赘述。读出电路阵列负责为像素单元120阵列提供稳定可靠的电压偏置，将输入电流积分转化为电压信号，并经过放大和缓冲转化为合适的输出电压供后续模块使用。
步骤S2：在基板100上形成电子传输层阵列140，与对应的读出电路阵列110相连。
具体的，参考图3，本实施例中，在所述读出电路阵列上制备电子传输层阵列140的步骤中，具体包括下述步骤：
在基板100的半导体衬底表面形成隔离介质层，所述隔离介质层材料可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的至少一种。
接着，在隔离介质层表面形成图形层，如先涂敷光刻胶，利用光刻形成具有沟槽的图形层，沟槽暴露读出电路阵列，即在读出电路上方具有开口。当然，也可以利用其它常规的方法形成在读出电路上方形成具有开口的图形层。
然后，继续形成电子传输层材料，所述电子传输层材料可以为n型杂质的多晶硅或者金属，也可以为p型杂质的多晶硅，金属包括铜、铝、钛、镍或者金等。可以通过磁控溅射、蒸镀等物理气相沉积或者化学气相沉积的方法形成电子传输层阵列140。例如在一实施例中将带有底电极的基板送入MBE真空镀膜腔体中，控制真空度为2x10-5-5x10-5Pa，采用五源同时蒸镀的方法，用Cu，Zn，Cd，Sn，Se作为靶材，使用一步法生长前驱体，作为所述电子传输层阵列。具体地，首先对有基底的底电极进行升温，升温至120-130摄氏度并稳定后，对上述五个源靶材分别预热20min后打开挡板，同时蒸镀20-30min，关闭挡板后取出。形成电子传输层阵列，与对应的读出电路阵列一一对应导电相连。
在其它实施例中也可以先形成电子传输层材料，然后采用干法刻蚀工艺图形化材料层，干法刻蚀工艺包括但不限于反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、等离子体刻蚀或者激光切割。
步骤S3：在电子传输层阵列140上形成布拉格反射层150，所述布拉格反射层150覆盖在电子传输层上方的厚度为所探测光的波长的1/4，所述布拉格反射层为透明绝缘介质。
具体的，参考图4，布拉格镜通常由一个或多个晶体层叠而成，每个晶体的厚度是波长的1/4，这个长度被选择是因为根据布拉格方程，当晶体的厚度为波长的1/4时，反射将会增强。因此，每个晶体的厚度都是波长的1/4是为了让衍射效果达到最大化，并且增强反射波的幅度。这就是波长的1/4与布拉格反射的关系。在本实施例中，所述布拉格反射层150的材料为SiO2和/或TiO2，具体的形成方法可以为化学气相淀积的方法。
如果采用SiO2层，SiO2层是化学气相沉积法生成，形成的SiO2层的厚度为0.25um～0.75um，具体的工艺参数：温度是300℃-500℃，RF功率是300-400W，气体比例是Ar/TEOS＝1:2～4，气压是25～40Pa，电极间距是50～70mm，时间是5-20分钟，例如在本实施例中形成的SiO2层的厚度为0.35um。
如果采用TiO2层，TiO2是物理气相沉积生成，厚度为0.25um～0.75um，具体的工艺参数：气压是5x10-5Pa，温度是180℃-250℃，RF功率是200-400W，气体氩气5-30SCCM/氧气4-7SCCM，时间是15-20分钟，厚度为0.35um。
在本发明的实施例中，所述布拉格反射层为SiO2和TiO2的叠层结构，每层的厚度为38.7nm。
在本发明的优选实施例中，布拉格反射层包括三个SiO2层和TiO2层的叠层结构。
布拉格反射的基本原理是：一般入射的介质的两束光反射光的相位差是由2个因素决定的，其一是在介质层中折返所产生的光程差，而另外一个因素是反射光“半波损失”，如若光疏介质到光密介质，存在半波损失，即反射光和入射光在界面处就已经产生了π的相位差，在进行布拉格反射镜的设计时一般都是一侧界面存在半波损失是而另一侧界面处没有半波损失(比如光疏、光密介质周期性布置)。因此，两个因素的共同影响下，两束反射光的相位差是2π，刚好相长干涉，反射光增强，故而这种1/4波长反射镜起到的是增强反射的效果。本设计使用如SiO2和TiO2的叠层就实现了反射增强的原理，使性能提高15％-40％。
步骤S4：在所述布拉格反射层150上形成光电转化层阵列160，与对应的电子传输层阵列140相连。
具体的，参考图5，可以通过磁控溅射、蒸镀等物理气相沉积或者化学气相沉积的方法形成材料层后，图形化形成暴露部分电子传输层阵列的通孔。本实施例中采用干法刻蚀工艺图形化材料层，干法刻蚀工艺包括但不限于反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、等离子体刻蚀或者激光切割等刻蚀工艺通孔贯穿材料层。然后利用磁控溅射、蒸镀等物理气相沉积或者化学气相沉积的方法形成光电转化层材料，再利用刻蚀等工艺在像素单元形成光电转化层阵列。在光电转化层下的布拉格反射层中形成有与电子传输层导电互连的导电插塞，具体形成方法可以采用和电子传输层一起形成或者其他领域熟知的形成导电插塞的方法，不再赘述。
在其他实施例中，也可以利用刻蚀形成具有沟槽的图案材料层，在图案材料层中沉积光电转化材料，从而形成光电转化层阵列。
在其他实施例中，也可以通过3D打印的方式，打印工艺采用具有高打印分辨率的3D打印技术根据打印机校准文件打印测试图形及打印材料性能，选择合适的打印参数为：如打印速度为50-100mm/s；光电材料如PbS，采用平台加热及红外固化方式。光电材料打印电压5-20V，材料的厚度100-150nm。
例如3D打印的光电材料PbS(硫化铅)制成的胶体量子点光电转换层适合用于可见光和短波红外光的吸收，因此能够提高胶体量子点光电转换层对可见光和短波红外光的转化效率，刺激胶体量子点光电转换层产生更多的光生载流子，提高光生载流子定向移动形成的电流强度，从而提高短波红外焦平面传感器的电信号的强度，提高短波红外焦平面传感器的分辨率。
当光线透过公共电极辐照到胶体量子点光电转换层，胶体量子点光电转换层产生光生载流子，并在偏置电极与公共电极之间形成的电场作用下，形成定向电流，当定向电流满足一定条件时薄膜晶体管开启，将该电流信号通过薄膜晶体管的漏极发送至成像设备。
S5：在光电转化层阵列160上形成光吸收层170以及位于光电转化层阵列之间的，用于隔离像素单元的隔离墙180，所述隔离墙将光吸收层隔离为阵列。
具体的，参考图6，在本实施例中，在像素单元之间，也就是光电转化层阵列的间隙形成隔离墙180，在本实施例中采用用物理及化学气相沉积，例如用物理气相沉积设备，用金属铝靶材，用氩气做为溅射气体，真空是5*10-7torr以下；气体金属是常见的半导体金属，如铜，钨，金等也适用。除此之外，也可以采用其它方式，沉积介质层，刻蚀保留隔离区域的介质层，形成隔离墙，再例如先沉积光刻胶层，在隔离区域形成开口，再沉积隔离墙材料。光吸收层170的材料包括氮化硅、二氧化硅，磷硅玻璃、硼磷硅玻璃或者聚酰亚胺膜中的至少一种单层或由它们所形成的叠层绝缘膜。形成吸收层的作用为：吸收红外线，并且将由吸收红外线产生的热有效地传至热电结构，从而提高器件性能。可以通过化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、激光烧蚀沉积或分子束沉积的方法形成吸收层。
在其他实施例中，也可以通过3D打印的方式，打印工艺采用具有高打印分辨率的3D打印技术根据打印机校准文件打印测试图形及打印材料性能，选择合适的打印参数为：如打印速度为50-100mm/s；介电材料采用平台加热及紫外固化方式；平台加热温度为50-100℃。
步骤S6：在光吸收层170上方形成透明公共电极层阵列190，与光电转化层阵列160一一对应。
具体的，参考图7，在光电转化层上方沉积透明公共电极层材料(ITO)，例如铟锡氧化物半导体。ITO层形成过程参数选用机台真空在10-5×10-4Pa条件下，直流功率为100-300W，射频功率300-500W，氩气流量50-150sccm制备ITO，ITO的厚度是250-350nm。
在本实施例中具体的，在ITO表面涂敷光刻胶，然后利用灰度曝光工艺形成所要的图案和光刻胶形貌，曝光参数规格如：写头分辨率：1μm写头直写速率：150(mm2/min)，激光波段：405nm，灰度直写阶数:256级，自动对焦精度：100nm。
接着用干法刻蚀工艺把光刻团转移到ITO上面。ITO采用ICP干法刻蚀工艺：RF功率在100-300W，ICP功率是200-400W，气体压强5-15mtorr，气体可以选择氯气25-35sccm，C2H45-10sccm，Ar 40-60sccm混合气体，形成位于隔离墙之间光电转化层阵列160，光电转化层阵列与像素单元一一对应，且位于像素单元的上方。
在本发明的另一实施例中，在形成ITO之前，还包括在隔离墙上方形成金属层阵列200，从而在像素周围形成金属网格，这样可以很大提高电子的迁移率，提高器件的响应时间。另外，通过加金属网格进行光学隔离，即阻挡光线进入相邻的光电二极管改善光电像素之间光学干扰，具体的，可以利用电镀或者物理气相沉积的方法形成。
除此之外，本发明还提供了一种光探测器件，包括：形成有读出电路阵列110的基板100，阵列中的每一个读出电路单元对应一个像素单元120；位于基板上的电子传输层阵列140，其与对应的读出电路单元相连；位于电子传输层阵列140上的布拉格反射层150，覆盖在电子传输层上方的厚度为所探测光的波长的1/4，所述布拉格反射层为透明绝缘介质；位于布拉格反射层上的光电转化层阵列160，其与对应的电子传输层阵列相连；位于在光电转化层阵列上的光吸收层170以及位于光电转化层阵列之间的，用于隔离像素单元的隔离墙180，所述隔离墙将光吸收层隔离为阵列；位于光电吸收层上方的透明公共电极层阵列190，其与光电转化层阵列一一对应。
其中，所述布拉格反射层的材料为：SiO2、Si、Si3N4或TiO2其中之一或组合。
其中，所述布拉格反射层为SiO2层和TiO2层的叠层结构，所述布拉格反射层为SiO2层的厚度为38.7nm，TiO2层的厚度为38.7nm。
其中，所述布拉格反射层包括3个SiO2层和TiO2层所构成的叠层结构。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种光探测器件的制备方法，其特征在于，包括：
步骤S1：提供一形成有读出电路阵列的基板，阵列中的每一个读出电路单元对应一个像素单元；
步骤S2：在基板上形成电子传输层阵列，与对应的读出电路阵列相连；
步骤S3：在电子传输层阵列上形成布拉格反射层，所述布拉格反射层覆盖在电子传输层上方的厚度为所探测光的波长的1/4，所述布拉格反射层为透明绝缘介质；
步骤S4：在所述布拉格反射层上形成光电转化层阵列，与对应的电子传输层阵列相连；
步骤S5：在光电转化层阵列上形成光吸收层以及位于光电转化层阵列之间的，用于隔离像素单元的隔离墙，所述隔离墙将光吸收层隔离为阵列；
步骤S6：在光吸收层上方形成透明公共电极层阵列，与光电转化层阵列一一对应。
2.根据权利要求1所述的光探测器件的制备方法，其特征在于，所述布拉格反射层的材料为：SiO2、Si、Si3N4或TiO2其中之一或组合。
3.根据权利要求1所述的光探测器件的制备方法，其特征在于，
所述布拉格反射层厚度为0.25um～2.25um。
4.根据权利要求1所述的光探测器件的制备方法，其特征在于，所述布拉格反射层为SiO2层和TiO2层的叠层结构。
5.根据权利要求4所述的光探测器件的制备方法，其特征在于，所述布拉格反射层包括3个所述的叠层结构。
6.根据权利要求4所述所述布拉格反射层为SiO2层的厚度为38.7nm，TiO2层的厚度为38.7nm。
7.一种光探测器件，其特征在于，包括：
形成有读出电路阵列的基板，阵列中的每一个读出电路单元对应一个像素单元；
位于基板上的电子传输层阵列，其与对应的读出电路阵列相连；
位于电子传输层阵列上的布拉格反射层，覆盖在电子传输层上方的厚度为所探测光的波长的1/4，所述布拉格反射层为透明绝缘介质；
位于布拉格反射层上的光电转化层阵列，其与对应的电子传输层阵列相连；
位于在光电转化层阵列上的光吸收层以及位于光电转化层阵列之间的，用于隔离像素单元的隔离墙，所述隔离墙将光吸收层隔离为阵列；
位于光电吸收层上方的透明公共电极层阵列，其与光电转化层阵列一一对应。
8.根据权利要求7所述的光探测器件，其特征在于，所述布拉格反射层的材料为：SiO2、Si、Si3N4或TiO2其中之一或组合。
9.根据权利要求7所述的光探测器件，其特征在于，其特征在于，所述布拉格反射层为SiO2层和TiO2层的叠层结构，所述布拉格反射层为SiO2层的厚度为38.7nm，TiO2层的厚度为38.7nm。
10.根据权利要求9所述的光探测器件，其特征在于，所述布拉格反射层包括3个SiO2层和TiO2层的叠层结构。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5998794A (en) * | 1997-10-08 | 1999-12-07 | Thermotrex Corporation | Prevention of photoelectric conversion layer contamination in an imaging device |
| EP1204148A2 (en) * | 2000-11-06 | 2002-05-08 | Agere Systems Optoelectronics Guardian Corporation | Planar resonant cavity enhanced photodetector |
| US20060163681A1 (en) * | 2005-01-22 | 2006-07-27 | Liang-Wen Wu | Gallium-nitride based ultraviolet photo detector |
| JP2014029940A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-13 | Fujitsu Ltd | 光検出器、これを用いた撮像装置、及び光検出器の製造方法 |
| DE102014213039A1 (de) * | 2014-07-04 | 2016-01-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Kantenbeschichtung an Halbleiterdetektoren |
| CN110429144A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-11-08 | 苏州大学 | 一种基于塔姆等离子的平面近红外光电探测器 |
| US20200035843A1 (en) * | 2017-04-06 | 2020-01-30 | Institute Of Semiconductors, Chinese Academy Of Sciences | InGaN-based Resonant Cavity Enhanced Detector Chip Based on Porous DBR |
| CN112259617A (zh) * | 2020-11-12 | 2021-01-22 | 江苏华兴激光科技有限公司 | 一种850nm波段高响应度探测器 |
| US20230197866A1 (en) * | 2021-12-16 | 2023-06-22 | Attollo Engineering, LLC | Electron-photon barrier in photodetectors |
| US20230215962A1 (en) * | 2013-05-22 | 2023-07-06 | W&W Sens Devices, Inc. | Microstructure enhanced absorption photosensitive devices |
-
2023
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5998794A (en) * | 1997-10-08 | 1999-12-07 | Thermotrex Corporation | Prevention of photoelectric conversion layer contamination in an imaging device |
| EP1204148A2 (en) * | 2000-11-06 | 2002-05-08 | Agere Systems Optoelectronics Guardian Corporation | Planar resonant cavity enhanced photodetector |
| US20060163681A1 (en) * | 2005-01-22 | 2006-07-27 | Liang-Wen Wu | Gallium-nitride based ultraviolet photo detector |
| JP2014029940A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-13 | Fujitsu Ltd | 光検出器、これを用いた撮像装置、及び光検出器の製造方法 |
| US20230215962A1 (en) * | 2013-05-22 | 2023-07-06 | W&W Sens Devices, Inc. | Microstructure enhanced absorption photosensitive devices |
| DE102014213039A1 (de) * | 2014-07-04 | 2016-01-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Kantenbeschichtung an Halbleiterdetektoren |
| US20200035843A1 (en) * | 2017-04-06 | 2020-01-30 | Institute Of Semiconductors, Chinese Academy Of Sciences | InGaN-based Resonant Cavity Enhanced Detector Chip Based on Porous DBR |
| CN110429144A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-11-08 | 苏州大学 | 一种基于塔姆等离子的平面近红外光电探测器 |
| CN112259617A (zh) * | 2020-11-12 | 2021-01-22 | 江苏华兴激光科技有限公司 | 一种850nm波段高响应度探测器 |
| US20230197866A1 (en) * | 2021-12-16 | 2023-06-22 | Attollo Engineering, LLC | Electron-photon barrier in photodetectors |
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