钯硅纳米线室温红外探测器及其制作方法
【专利摘要】一种钯硅纳米线室温红外探测器，包括抗反射膜层、P型外延硅衬底层、光敏层、SiO2光腔介质层和铝镜反射膜层；所述抗反射膜层、P型外延硅衬底层、光敏层、SiO2光腔介质层和铝镜反射膜层依次层叠在一起形成红外探测器；其改进在于：所述光敏层由钯硅纳米线阵列形成；所述红外探测器的工作模式采用背照方式；所述红外探测器工作于室温环境下。本发明的有益技术效果是：采用钯硅纳米线制作技术，在提高红外探测器性能的同时，大幅度提高Pd2Si/P-Si红外探测器的信噪比，探测器可在室温环境下工作。
【专利说明】钯硅纳米线室温红外探测器及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种红外探测器，尤其涉及一种钯硅纳米线室温红外探测器及其制作 方法。
【背景技术】
[0002] 发明人早先提出过一件主题名称为"钼硅纳米线红外探测器及其制作方法"的发 明专利申请（申请号：201410081602. 4)，由该技术获得的红外探测器虽然性能得到了提升， 但其工作时，需要用液氮来进行制冷，而液氮制冷结构复杂、体积较大，不利于装置的小型 化。
【发明内容】
[0003] 针对【背景技术】中的问题，本发明提出了一种钯硅纳米线室温红外探测器，包括抗 反射膜层、P型外延硅衬底层、光敏层、Si0 2光腔介质层和铝镜反射膜层；所述抗反射膜层、 P型外延硅衬底层、光敏层、Si02光腔介质层和铝镜反射膜层依次层叠在一起形成红外探测 器； 创新在于：所述光敏层由钯硅纳米线阵列形成；所述红外探测器的工作模式采用背照 方式；所述红外探测器工作于室温环境下。
[0004] 前述钯硅纳米线室温红外探测器的工作原理是：红外辐射从探测器背面入射，经 抗反射膜层进入P型外延硅衬底层，光子能量小于Si禁带宽度的红外辐射穿过P型外延 硅衬底层后透射进入由钯硅纳米线阵列构成的光敏层中，一部分红外辐射被钯硅纳米线阵 列吸收，激发出电子-空穴对，另一部分红外辐射从光敏区透射出去并进入光学谐振腔，经 铝镜反射膜层反射后，重新折回光敏层并被钯硅纳米线吸收，激发出电子-空穴对；由钯硅 纳米线光敏层产生的电子-空穴对中，能量超过势垒高度的热空穴越过Pd 2Si/P-Si势垒， 进入P型外延硅衬底层，从而在钯硅纳米线光敏层内形成电子积累，同时P型外延硅衬底层 内也形成空穴积累，光敏层内积累的电子被输出二极管收集，完成对红外辐射的探测。由于 红外辐射在钯硅纳米线之间多次反射，增加了光敏层对红外辐射的吸收，此外，钯硅纳米线 阵列与P型外延硅衬底层形成肖特基势垒接触，存在较大的边缘场效应，产生很大的边缘 电场，导致光生电子发生雪崩倍增效应，提高了红外探测器的量子效率。Pd 2Si/P-Si肖特 基势垒高度为〇. 33eV，PtSi/P-Si肖特基势垒高度为0. 21eV，故在相同制冷温度下，Pd2Si/ P-Si红外探测器的暗电流比PtSi/P-Si红外探测器的暗电流小几十倍，PtSi/P-Si红外探 测器需要在液氮制冷温度（80K)下工作。而本发明的Pd 2Si/P-Si红外探测器可在无制冷器 条件下工作于室温环境。
[0005] 与现有技术相同地，所述钯硅纳米线室温红外探测器上还设置有输出二极管、P+ 沟阻、电极引线、P+扩散地和N保护环。
[0006] 优选地，所述抗反射膜层由硅纳米线阵列形成。
[0007] -种钯硅纳米线室温红外探测器制作方法，按如下步骤制作钯硅纳米线室温红外 探测器： 1) 提供双面抛光的P型外延硅衬底层； 2) 在P型外延硅衬底层上双面生长二氧化硅介质层，在P型外延硅衬底层正面的二氧 化娃介质层上淀积氮化娃介质层； 3) 采用硼扩散工艺在P型外延硅衬底层上分别形成P+沟阻和P+扩散地； 4) 采用磷离子注入工艺在P型外延硅衬底层上分别形成输出二极管和N保护环； 5) 采用光刻工艺在P型外延硅衬底层正面形成光敏区；采用等离子刻蚀工艺将光敏区 内的氮化硅介质层刻蚀干净；采用湿法工艺腐蚀光敏区和P型外延硅衬底层背面，将光敏 区和P型外延硅衬底层背面的二氧化硅介质层去掉；获得工艺片； 6) 采用超高真空溅射工艺，在工艺片双面淀积钼膜并原位退火；采用钼辅助刻蚀工艺 在光敏区和P型外延硅衬底层背面制作硅纳米线，然后用王水去除钼膜；P型外延硅衬底层 背面的钼膜被去除后，P型外延硅衬底层背面的硅纳米线阵列即形成抗反射膜层； 7) 用稀氢氟酸溶液去除光敏区内硅纳米线上的自然氧化层，采用超高真空溅射工艺在 光敏区淀积钯膜并原位退火，形成钯硅纳米线阵列，钯硅纳米线阵列即为光敏层，用王水腐 蚀去除光敏区外围未反应的钯膜； 8) 利用PECVD工艺在光敏区及外围淀积低温二氧化硅光腔介质薄膜，形成Si02光腔介 质层； 9) 采用光刻工艺，刻蚀出引线孔； 10) 采用磁控溅射工艺在Si02光腔介质层上淀积铝膜，然后采用光刻工艺形成铝镜反 射膜层和电极引线压点。
[0008] 本发明的有益技术效果是：采用钯硅纳米线制作技术，在提高红外探测器性能的 同时，大幅度提高Pd 2Si/P_Si红外探测器的信噪比，探测器可在室温环境下工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1、本发明的结构示意图； 图中各个标记所对应的名称分别为：抗反射膜层l、p型外延硅衬底层2、光敏层3、Si02 光腔介质层4、铝镜反射膜层5、输出二极管6、P+沟阻7、电极引线8、P+扩散地9、N保护环 10、二氧化硅介质层11、氮化硅介质层12。
【具体实施方式】
[0010] 一种钯硅纳米线室温红外探测器，包括抗反射膜层l、p型外延硅衬底层2、光敏层 3、Si0 2光腔介质层4和铝镜反射膜层5 ;所述抗反射膜层1、P型外延硅衬底层2、光敏层3、 Si02光腔介质层4和铝镜反射膜层5依次层叠在一起形成红外探测器； 其创新在于：所述光敏层3由钯硅纳米线阵列形成；所述红外探测器的工作模式采用 背照方式；所述红外探测器工作于室温环境下。
[0011] 进一步地，所述钯硅纳米线室温红外探测器上还设置有输出二极管6、P+沟阻7、 电极引线8、P+扩散地9和N保护环10。
[0012] 进一步地，所述抗反射膜层1由硅纳米线阵列形成。
[0013] 一种钯硅纳米线室温红外探测器制作方法，按如下步骤制作钯硅纳米线室温红外 探测器： 1) 提供双面抛光的P型外延硅衬底层2 ; 2) 在P型外延硅衬底层2上双面生长二氧化硅介质层11，在P型外延硅衬底层2正面 的二氧化硅介质层11上淀积氮化硅介质层12 ; 3) 采用硼扩散工艺在P型外延硅衬底层2上分别形成P+沟阻7和P+扩散地9 ; 4) 采用磷离子注入工艺在P型外延硅衬底层2上分别形成输出二极管6和N保护环 10 ； 5) 采用光刻工艺在P型外延硅衬底层2正面形成光敏区；采用等离子刻蚀工艺将光敏 区内的氮化硅介质层12刻蚀干净；采用湿法工艺腐蚀光敏区和P型外延硅衬底层2背面， 将光敏区和P型外延硅衬底层2背面的二氧化硅介质层11去掉；获得工艺片； 6) 采用超高真空溅射工艺，在工艺片双面淀积钼膜并原位退火；采用钼辅助刻蚀工艺 在光敏区和P型外延硅衬底层2背面制作硅纳米线，然后用王水去除钼膜；P型外延硅衬底 层2背面的钼膜被去除后，P型外延硅衬底层2背面的硅纳米线阵列即形成抗反射膜层1 ; 7) 用稀氢氟酸溶液去除光敏区内硅纳米线上的自然氧化层，采用超高真空溅射工艺在 光敏区淀积钯膜并原位退火，形成钯硅纳米线阵列，钯硅纳米线阵列即为光敏层3,用王水 腐蚀去除光敏区外围未反应的钯膜； 8) 利用PECVD工艺在光敏区及外围淀积低温二氧化硅光腔介质薄膜，形成Si02光腔介 质层4 ; 9) 采用光刻工艺，刻蚀出引线孔； 10) 采用磁控溅射工艺在Si02光腔介质层4上淀积铝膜，然后采用光刻工艺形成铝镜 反射膜层5和电极引线压点。
【权利要求】
1. 一种钯硅纳米线室温红外探测器，包括抗反射膜层（1)、P型外延硅衬底层（2)、光敏 层（3)、Si0 2光腔介质层（4)和铝镜反射膜层（5);所述抗反射膜层（1)、P型外延硅衬底层 (2)、光敏层（3)、Si02光腔介质层（4)和铝镜反射膜层（5)依次层叠在一起形成红外探测 器； 其特征在于：所述光敏层（3)由钯硅纳米线阵列形成；所述红外探测器的工作模式采 用背照方式；所述红外探测器工作于室温环境下。
2. 根据权利要求1所述的钯硅纳米线室温红外探测器，其特征在于：所述钯硅纳米线 室温红外探测器上还设置有输出二极管（6)、P+沟阻（7)、电极引线（8)、P+扩散地（9)和N 保护环（10)。
3. 根据权利要求1所述的钯硅纳米线室温红外探测器，其特征在于：所述抗反射膜层 (1)由娃纳米线阵列形成。
4. 一种钯硅纳米线室温红外探测器制作方法，其特征在于：按如下步骤制作钯硅纳米 线室温红外探测器： 1)提供双面抛光的P型外延硅衬底层（2); 2 )在P型外延硅衬底层（2 )上双面生长二氧化硅介质层（11 )，在P型外延硅衬底层（2 ) 正面的二氧化硅介质层（11)上淀积氮化硅介质层（12); 3) 采用硼扩散工艺在P型外延硅衬底层（2)上分别形成P+沟阻（7)和P+扩散地（9); 4) 采用磷离子注入工艺在P型外延硅衬底层（2)上分别形成输出二极管（6)和N保护 环（10); 5) 采用光刻工艺在P型外延硅衬底层（2)正面形成光敏区；采用等离子刻蚀工艺将光 敏区内的氮化硅介质层（12)刻蚀干净；采用湿法工艺腐蚀光敏区和P型外延硅衬底层（2) 背面，将光敏区和P型外延硅衬底层（2)背面的二氧化硅介质层（11)去掉；获得工艺片； 6) 采用超高真空溅射工艺，在工艺片双面淀积钼膜并原位退火；采用钼辅助刻蚀工艺 在光敏区和P型外延硅衬底层（2)背面制作硅纳米线，然后用王水去除钼膜；P型外延硅衬 底层（2)背面的钼膜被去除后，P型外延硅衬底层（2)背面的硅纳米线阵列即形成抗反射膜 层⑴； 7) 用稀氢氟酸溶液去除光敏区内硅纳米线上的自然氧化层，采用超高真空溅射工艺在 光敏区淀积钯膜并原位退火，形成钯硅纳米线阵列，钯硅纳米线阵列即为光敏层（3)，用王 水腐蚀去除光敏区外围未反应的钯膜； 8) 利用PECVD工艺在光敏区及外围淀积低温二氧化硅光腔介质薄膜，形成Si02光腔介 质层（4); 9) 采用光刻工艺，刻蚀出引线孔； 10) 采用磁控溅射工艺在Si02光腔介质层（4)上淀积铝膜，然后采用光刻工艺形成铝 镜反射膜层（5)和电极引线压点。
【文档编号】H01L31/0352GK104143581SQ201410393284
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】李华高, 李仁豪, 龙飞, 钟四成 申请人:中国电子科技集团公司第四十四研究所