一种超晶格阵列红外探测器芯片和制备方法与流程

本发明属于探测器芯片，具体涉及一种超晶格阵列红外探测器芯片和制备方法。

背景技术：

1、随着红外技术的发展，红外探测器在民用、军事、太空等诸多领域得到了广泛应用。由红外探测器组成的红外系统已经被广泛用于夜视、导航、搜索、预警、目标侦察、精确打击等许多方面，充分显示了红外技术的分辨率高、准确可靠、保密性好、抗电子干扰性强等优点。其中，超晶格阵列红外探测器超利用超晶格的特殊结构能够增强光电转换效率的特性，能够完成高灵敏度、高分辨率的红外探测，受到越来越多的关注。

2、然而，现有的超晶格阵列红外探测器，尽管探测灵敏度以及分辨率高，但是所能检测的波段有限，如果想要实现宽波段探测，需要将超晶格阵列中的部分晶格替换成特殊波段的晶格，而这样做，又会降低探测灵敏度以及分辨率高。因此，现有技术难以兼顾宽波段与高灵敏度。

技术实现思路

1、 为了解决现有技术中难以兼顾宽波段与高灵敏度的技术问题，本发明提供一种超晶格阵列红外探测器芯片和制备方法。

2、第一方面

3、本发明提供了一种超晶格阵列红外探测器芯片，包括：n型gasb衬底、gasb缓冲层、超晶格阵列层、p型inas层、第一金电极、第二金电极、第一金丝引线、第二金丝引线和读出电路；

4、n型gasb衬底上设置有gasb缓冲层；

5、gasb缓冲层上设置有超晶格阵列层；

6、超晶格阵列层中包括多个间隔设置的超晶格单元，超晶格单元包括层叠设置的长波红外超晶格和短波红外超晶格；

7、超晶格阵列层远离gasb缓冲层的一侧设置有p型inas层；

8、gasb缓冲层上设置有第一金电极，p型inas层上设置有第二金电极；

9、第一金电极通过第一金丝引线与读出电路电性连接，将第二金电极通过第二金丝引线与读出电路电性连接。

10、第二方面

11、本发明提供了一种超晶格阵列红外探测器芯片的制备方法，包括：

12、s1：对n型gasb衬底以预设温度加热2h，预设温度低于gasb表面氧化物脱附和sb析出的温度；

13、s2：通过束源炉提供过量的sb元素补充到n型gasb衬底的表面，并逐渐加热到510℃，对n型gasb衬底的表面氧化物进行脱模处理；

14、s3：将温度降低至第一外延生成温度，在n型gasb衬底上延伸出gasb缓冲层；

15、s4：设置gasb与inas的调配比例，得到多种不同晶格常数和理论晶片间隙的inas/gasb多元合金；

16、s5：重新设置第二外延生成温度，在n型gasb衬底上通过第一inas/gasb多元合金和第二inas/gasb多元合金延伸出长波红外超晶格；

17、s6：重新设置第三外延生成温度，在长波红外超晶格上通过第三inas/gasb多元合金和第四inas/gasb多元合金延伸出短波红外超晶格；

18、s7：重新设置第四外延生成温度，在短波红外超晶格上延伸出p型inas层；

19、s8：在gasb缓冲层上镀制第一金电极，在p型inas层上镀制第二金电极；

20、s9：在第一金电极上引出第一金丝引线，并对第一金电极与第一金丝引线进行键合处理，在第二金电极上引出第二金丝引线，并对第二金电极与第二金丝引线进行键合处理；

21、s10：将第一金电极通过第一金丝引线与读出电路电性连接，将第二金电极通过第二金丝引线与读出电路电性连接。

22、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益技术效果：

23、在本发明中，超晶格阵列层中包括多个间隔设置的超晶格单元，每个超晶格单元包括层叠设置的长波红外超晶格和短波红外超晶格，长波红外超晶格用于探测长波段的红外信号，短波红外超晶格用于探测短波段的红外信号，无需减少超晶格阵列层中超晶格单元的数量，在保证高灵敏度和高分辨的同时，实现宽波段探测。长波红外适用于热成像和探测低温目标，而短波红外则适用于夜视、光谱分析和高温目标探测，通过在同一个芯片中集成两个波段的超晶格，可以满足不同的应用需求，提高超晶格阵列红外探测器芯片的灵活性与通用性。

技术特征：

1.一种超晶格阵列红外探测器芯片，其特征在于，包括：n型gasb衬底、gasb缓冲层、超晶格阵列层、p型inas层、第一金电极、第二金电极、第一金丝引线、第二金丝引线和读出电路；

2.根据权利要求1所述的超晶格阵列红外探测器芯片，其特征在于，所述n型gasb衬底的厚度为500μm，所述gasb缓冲层的厚度为731nm，所述p型inas层的厚度为15nm，所述第一金丝引线和所述第二金丝引线的直径为30μm。

3.根据权利要求1所述的超晶格阵列红外探测器芯片，其特征在于，所述长波红外超晶格包括第一inas/gasb多元合金和第二inas/gasb多元合金，所述第一inas/gasb多元合金中掺杂有si，所述第一inas/gasb多元合金的厚度为194nm，所述第二inas/gasb多元合金中掺杂有si，所述第二inas/gasb多元合金的厚度为356nm。

4.根据权利要求1所述的超晶格阵列红外探测器芯片，其特征在于，所述短波红外超晶格包括第三inas/gasb多元合金和第四inas/gasb多元合金，所述第三inas/gasb多元合金中掺杂有si，所述第三inas/gasb多元合金的厚度为233nm，所述第四inas/gasb多元合金中掺杂有be，所述第四inas/gasb多元合金的厚度为397nm。

5.根据权利要求1所述的超晶格阵列红外探测器芯片，其特征在于，还包括：抗反射膜；

6.一种如权利要求1-5任一项所述的超晶格阵列红外探测器芯片的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述s4具体为：

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述s9具体包括：

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述长波红外超晶格以及所述短波红外超晶格的应力可通过以下公式计算：

技术总结
本发明公开了一种超晶格阵列红外探测器芯片和制备方法，属于探测器芯片技术领域，所述超晶格阵列红外探测器芯片，包括：N型GaSb衬底、GaSb缓冲层、超晶格阵列层、P型InAs层、第一金电极、第二金电极、第一金丝引线、第二金丝引线和读出电路；N型GaSb衬底上设置有GaSb缓冲层；GaSb缓冲层上设置有超晶格阵列层；超晶格阵列层远离GaSb缓冲层的一侧设置有P型InAs层；GaSb缓冲层上设置有第一金电极，P型InAs层上设置有第二金电极；第一金电极通过第一金丝引线与读出电路电性连接，将第二金电极通过第二金丝引线与读出电路电性连接。

技术研发人员：陈龙华,牛雪雷,苏莹,张军军,张莹,柴玉,张培峰
受保护的技术使用者：太原国科半导体光电研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14