一种具有双光栅结构的量子阱红外偏振探测器及制备方法

本发明属于红外偏振成像探测，具体指一种具有双光栅结构的量子阱红外偏振探测器及制备方法。

背景技术：

0、技术背景

1、在科技突飞的今天，高技术伪装和隐蔽目标增加了目标背景的复杂度，仅仅依靠获取目标和背景之间温差的常规目标探测和识别的方法受到了挑战。偏振探测不仅能够提供目标的强度信息，还可以提供图像上每一点偏振信息，就能够将偏振特性不同的物体区别开来。这种情况下，红外偏振技术就可以增加红外探测技术在复杂环境下的应用能力。因此，其在提高信噪比、降低虚警率、提高目标的可辨别能力等方面具有十分重要的作用。

2、偏振探测的需求促进了成像器件的发展，出现了分时型、分振幅型、分波前型、通道调制型和焦面分割型偏振器件。其中，焦面分割型探测器由于将微偏振元器件集成到成像焦平面上，根据需要每一个像元均可以同时获得不同的偏振信息，采用这一技术得到的偏振成像系统具有结构简单、体积小、数据易于处理等优点。对于红外偏振探测器来讲，现有的技术方案是采用微偏振片与红外焦平面器件像元相集成的方式，这一技术方案的好处是形成了焦面分割型红外偏振焦平面器件，然而，对于长波红外凝视型焦平面器件而言，由于存在衍射效应，焦平面器件的消光比往往比较低，只有10或者更低。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有双光栅结构的量子阱红外偏振探测器及制备方法，具有这一结构的面阵器件能够实现对像元内光场调控，提高长波量子阱器件的偏振探测消光比。一种具有双光栅结构的量子阱红外偏振面阵探测器，所述双光栅包括集成在algaas腐蚀阻挡层上透射型金属光栅以及n+型gaas上电极层和光线反射层组成的反射型光栅；探测器结构还包括，n+型gaas下电极层，gaas/algaas量子阱层，n+型gaas上电极层，欧姆接触电极，钝化层，倒焊互连用in柱，基板。

2、进一步地，反射型光栅是利用光刻和干法刻蚀技术在n+型gaas上电极层得到的周期为t1、宽度为a1、深度为h1的槽，然后淀积单层或多层金属。

3、进一步地，所述金属种类为金属cr或金属au。

4、进一步地，透射金属光栅和反射型光栅均为条形，条形光栅的方向β值取值范围为0°～180°，光栅长度根据像元尺寸和偏振方向而变化。

5、进一步地，量子阱焦平面器件倒焊互连用基底，其上有用于性能测试的电极。

6、进一步地，所述电极为si基读出电路或si、宝石片电极板。

7、进一步地，金属光栅的周期t2≤2μm，线条宽度a＝t2/2，光栅为纯金属单层结构或多层结构，金属为金属ti或金属au。

8、进一步地，所述条形光栅周期t1按照公式t1＝λp/n计算，其中λp为探测器工作峰值波长，n为n+型上电极gaas材料的折射率。

9、一种应用于上述具有双光栅结构的量子阱红外偏振探测器的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

10、步骤1：倒焊互连后，以基板上的标记为基准，对去除衬底后的量子阱探测器光刻，采用湿法腐蚀的方法，得到制备反射型金属光栅的双面对准标记；

11、步骤2：清洗干净后的量子阱探测器，旋涂光刻，光刻胶厚度小于1微米，并放在65℃的烘箱中，烘干时间为1-2小时，然后进行光刻，光刻方式为激光直写或纳米压印；

12、步骤3：生长金属膜之前，在基板上探测器周围涂上一层不溶于丙酮的光刻胶。

13、本发明的有益效果如下：

14、(1)本发明的量子阱偏振面阵探测器结构简单、制备方法包括常规微电子工艺；

15、(2)本偏振红外长波面阵探测器具有双光栅结构，利用了量子阱芯片像元内部光场调控机理，实现了偏振探测器消光比的提升；

16、(3)在本发明的实施例中能够实现量子阱偏振探测器的像元偏振探测消光比达到20.7，对应的线栅角度β为45°。

技术特征：

1.一种具有双光栅结构的量子阱红外偏振探测器，其特征在于：所述双光栅包括集成在algaas腐蚀阻挡层上透射型金属光栅以及n+型gaas上电极层和光线反射层组成的反射型光栅；探测器结构还包括，n+型gaas下电极层，gaas/algaas量子阱层，n+型gaas上电极层，欧姆接触电极，钝化层，倒焊互连用in柱，基板。

2.根据权利要求1所述的一种具有双光栅结构的量子阱红外偏振探测器，其特征在于：反射型光栅是利用光刻和干法刻蚀技术在n+型gaas上电极层得到的周期为t1、宽度为a1、深度为h1的槽，然后淀积单层或多层金属。

3.根据权利要求1所述的一种具有双光栅结构的量子阱红外偏振探测器，其特征在于，透射金属光栅和反射型光栅均为条形，条形光栅的方向β值取值范围为0°～180°，光栅长度根据像元尺寸和偏振方向而变化。

4.根据权利要求1所述的一种具有双光栅结构的量子阱红外偏振探测器，其特征在于：量子阱焦平面器件倒焊互连用基底，其上有用于性能测试的电极。

5.根据权利要求2所述的一种具有双光栅结构的量子阱红外偏振探测器，金属光栅的周期t2≤2μm，线条宽度a＝t2/2，光栅为纯金属单层结构或多层结构，金属为金属ti或金属au。

6.根据权利要求2或3所述的一种具有双光栅结构的量子阱红外偏振探测器，其特征在于，所述条形光栅周期t1按照公式t1＝λp/n计算，其中λp为探测器工作峰值波长，n为n+型上电极gaas材料的折射率。

7.一种应用于权利要求1-8中任一项所述具有双光栅结构的量子阱红外偏振探测器的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种具有双光栅结构的量子阱红外偏振探测器及其制备方法，该探测器芯片包括基板，铟柱，带有线光栅结构的量子阱探测器和集成的金属线偏振光栅，量子阱偏振探测器与基板之间通过铟柱互连，这种偏振探测器的特征在于它的像元具有集成的双光栅结构。按照制备顺序，第一层光栅是在GaAs材料上采用刻蚀的方法得到的介质光栅；第二层光栅是在去除GaAs衬底的探测器的光线入射面采用电子束蒸发生长的金属光栅。这种具有集成双光栅的偏振红外探测器的优点是：双层光栅能够实现精确调控量子阱芯片单个像元内部的光场，提高量子阱红外偏振探测的消光比。

技术研发人员：王玲,李志锋,李宁,王继强,张燕,李向阳
受保护的技术使用者：中国科学院上海技术物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18