專利名稱：一種集成等離子體氫浸鍍層的碲鎘汞中波光伏探測芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電探測器件技術(shù)，具體是指一種集成低能等離子體氫浸鍍層的離子 注入n+-on-p型碲鎘汞(HgCdTe)紅外中波(mid-wavelength)光伏探測芯片。
背景技術(shù)：
紅外焦平面列陣器件是既具有紅外信息獲取又具有信息處理功能的先進(jìn)的成像 傳感器，在空間對地觀測、光電對抗、機(jī)器人視覺、搜索與跟蹤、醫(yī)用和工業(yè)熱成像、以及導(dǎo) 彈精確制導(dǎo)等軍、民用領(lǐng)域有重要而廣泛的應(yīng)用。由于其不可替代的地位和作用，世界上的 主要工業(yè)大國都將碲鎘汞紅外焦平面列陣器件制備技術(shù)列為重點發(fā)展的高技術(shù)項目。在高級紅外應(yīng)用系統(tǒng)的大力驅(qū)動下，紅外探測技術(shù)已進(jìn)入了以大面陣、小型 化和多色化等為特點的第三代紅外焦平面探測器的重要發(fā)展階段(見A.RogalSki， J. Antoszewski, and L. Faraone, "Third-generation infrared photodetectorarrays，，， JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 2009,105 (09) :091101_1)。高級紅外成像的高分辨率探測 迫使新一代紅外焦平面探測器向大面陣、小型化趨勢的發(fā)展，要求紅外探測光敏感元列陣 的像元尺寸不斷縮小。這對碲鎘汞紅外焦平面中波光伏探測芯片而言，必須通過改善碲鎘 汞芯片的表層物理特性來提高離子注入光電二極管的電學(xué)性能，以確保高密度小像元尺寸 紅外探測器仍然有高的響應(yīng)率和探測率，進(jìn)而確保小像元尺寸紅外探測器在紅外成像系統(tǒng) 中的分辨率。碲鎘汞紅外焦平面中波光伏探測芯片需要在碲鎘汞紅外探測芯片表面生長介質(zhì) 膜鈍化層。硫化鋅或碲化鎘介質(zhì)膜作為碲鎘汞紅外焦平面探測器常用的鈍化方法，可在碲 鎘汞紅外探測芯片表面起到絕緣的效果，也能通過部分減小探測芯片表面態(tài)和界面電荷來 達(dá)到一定的鈍化效果。但是，在紅外焦平面光敏感元列陣芯片鈍化界面還會存在一些界面懸掛鍵，以及 快態(tài)、慢態(tài)的界面電荷。這使常規(guī)鈍化的碲鎘汞紅外焦平面探測器光敏感元列陣芯片很 難具有理想的表層物理特性，從而限制探測器光敏感元二極管的響應(yīng)率和探測率等光電性 能。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述已有離子注入Ii+-On-P型碲鎘汞紅外焦平面列陣芯片表層物理特性不理 想的問題，本發(fā)明的目的是提供一種表層物理特性改善的HgCdTe紅外中波光伏探測芯片。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用在生長鈍化介質(zhì)膜后將光敏感元芯片直接浸沒 于低能氫等離子體，以在芯片表面集成一低能等離子體氫浸鍍層的離子注入n+-on-p型 HgCdTe紅外中波光伏探測芯片的結(jié)構(gòu)方案。本發(fā)明的集成低能等離子體氫浸鍍層的離子注入Ii+-On-P型HgCdTe紅外中波光 伏探測芯片包括紅外襯底1、光敏感元的P型有源區(qū)2、光敏感元的η型區(qū)3、ρ型區(qū)表層的 氫等離子體浸鍍層4、η型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層5、探測芯片的鈍化介質(zhì)膜6、η型區(qū)表面上的光敏感元電極7、ρ型區(qū)表面的公共電極8和與讀出電路混成互連的銦柱列陣9。 光敏感元的η型區(qū)列陣3是硼離子注入來形成的，并與光敏感元的ρ型有源區(qū)2共同形成 紅外中波光伏探測芯片的光電二極管列陣。其中，P型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層4和η 型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層5分別是由ρ型有源區(qū)2和η型區(qū)3表層HgCdTe材料原位 集成的，它們一起將探測芯片的HgCdTe表層完全覆蓋。ρ型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層4 位于ρ型區(qū)表面的公共電極8和部分探測芯片的鈍化介質(zhì)膜6的下方，而η型區(qū)表層的氫 等離子體浸鍍層5位于η型區(qū)表面上的光敏感元電極7和部分探測芯片的鈍化介質(zhì)膜6的 下方。P型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層4和η型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層5的厚度都為 0. 1-0. 5 μ m，η型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層5的橫向尺寸為(15-50) μ mX (15-50) μ m。在ρ型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層4和η型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層5，Η原子 通過與界面未飽和的懸掛鍵和減小快態(tài)、慢態(tài)的界面電荷，以及HgCdTe芯片表層材料的缺 陷相互作用，可改善離子注入n+-on-p型HgCdTe紅外中波光伏探測芯片表層的物理特性和 提高紅外探測器的光電性能。本發(fā)明的最大優(yōu)點是巧妙地將能改善表層物理特性的氫浸鍍層集成于離子注入 n+-on-p型HgCdTe紅外中波光伏探測芯片，可以有效提高光電二極管的動態(tài)阻抗和光電性 能，因而具有結(jié)構(gòu)工藝簡單和集成度高的特點。


圖1是本發(fā)明集成低能等離子體氫浸鍍層的離子注入Π+-ΟΠ-Ρ型HgCdTe紅外中 波光伏探測芯片的剖面示意圖。圖2是未集成低能等離子體氫浸鍍層的Π+-ΟΠ-Ρ型HgCdTe紅外中波光伏探測芯 片光電二極管I-V和R-V特性圖。圖3是本發(fā)明集成低能等離子體氫浸鍍層的Π+-ΟΠ-Ρ型HgCdTe紅外中波光伏探 測芯片光電二極管I-V和R-V特性圖。
具體實施例方式下面以集成低能等離子體氫浸鍍層的離子注入Π+-ΟΠ-Ρ型HghCdxTe (χ = 0. 295) 紅外中波光伏探測芯片為實施例，結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說 明見圖1，本發(fā)明的集成低能等離子體氫浸鍍層的Ii+-On-P型HgCdTe紅外中波光伏 探測芯片包括紅外襯底1、光敏感元的P型有源區(qū)2、光敏感元的η型區(qū)3、ρ型區(qū)表層的 氫等離子體浸鍍層4、η型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層5、探測芯片的鈍化介質(zhì)膜6、η型區(qū) 表面上的光敏感元電極7、ρ型區(qū)表面的公共電極8和與讀出電路混成互連的銦柱列陣9。 光敏感元的η型區(qū)列陣3是硼離子注入來形成的，并與光敏感元的ρ型有源區(qū)2共同形成 紅外中波光伏探測芯片的光電二極管列陣。其中，P型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層4和η 型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層5分別是由ρ型有源區(qū)2和η型區(qū)3表層HgCdTe材料原位 集成的，它們一起將探測芯片的HgCdTe表層完全覆蓋。ρ型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層4 位于ρ型區(qū)表面的公共電極8和部分探測芯片的鈍化介質(zhì)膜6的下方，而η型區(qū)表層的氫 等離子體浸鍍層5位于η型區(qū)表面上的光敏感元電極7和部分探測芯片的鈍化介質(zhì)膜6的下方。P型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層4和η型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層5的厚度都為 0. 3 μ m，η型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層5的橫向尺寸為30 X 30 μ m2。圖2和圖3分別為未集成和集成低能等離子體氫浸鍍層的離子注入Π+-ΟΠ-Ρ型的 碲鎘汞紅外探測芯片光電二極管的I-V與R-V特性圖。如圖2、3所示，集成低能等離子體 氫浸鍍層的HgCdTe紅外中波探測芯片光電二極管的開啟電壓比未集成低能等離子體氫浸 鍍層的增加了 50mV左右。而且，集成低能等離子體氫浸鍍層的HgCdTe紅外中波探測芯片 的光電二極管零偏與反偏動態(tài)阻抗比集成低能等離子體氫浸鍍層的提高了 10倍，并在大 的正向偏壓下集成低能等離子體氫浸鍍層的HgCdTe紅外中波探測芯片的光電二極管動態(tài) 阻抗也明顯減小。由于若在HgCdTe探測芯片與鈍化層之間界面的固定正電荷，不僅會減小 光電二極管的開啟電壓，還會引起HgCdTe探測芯片表面反型，從而導(dǎo)致探測芯片大的表面 溝道漏電流。因此，推斷HgCdTe探測芯片的鈍化界面植氫處理減小了在HgCdTe探測芯片 與鈍化層之間界面的固定正電荷。這表明HgCdTe探測芯片低能等離子體氫浸鍍層的集成 改善了探測芯片表層的物理特性，抑制HgCdTe中波光電二極管的暗電流和優(yōu)化探測芯片 的歐姆接觸，從而能提高中波紅外焦平面探測器的探測性能。由此可知，本發(fā)明集成低能等離子體氫浸鍍層的碲鎘汞探測芯片的結(jié)構(gòu)方案是可 行的、合理的。
權(quán)利要求
一種集成低能等離子體氫浸鍍層的n+ on p型碲鎘汞紅外中波光伏探測芯片，它包括紅外襯底(1)、光敏感元的p型有源區(qū)(2)、光敏感元的n型區(qū)(3)、p型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層(4)、n型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層(5)、探測芯片的鈍化介質(zhì)膜(6)、n型區(qū)表面上的光敏感元電極(7)、p型區(qū)表面的公共電極(8)和與讀出電路混成互連的銦柱列陣(9)；光敏感元的n型區(qū)列陣(3)由硼離子注入形成，并與光敏感元的p型有源區(qū)(2)共同形成紅外中波光伏探測芯片的光電二極管列陣；其特征在于p型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層(4)和n型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層(5)分別是由p型有源區(qū)(2)和n型區(qū)(3)表層碲鎘汞材料原位集成的，它們一起將探測芯片的碲鎘汞表層完全覆蓋；p型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層(4)位于p型區(qū)表面的公共電極(8)和部分探測芯片的鈍化介質(zhì)膜(6)的下方，而n型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層(5)位于n型區(qū)表面上的光敏感元電極(7)和部分探測芯片的鈍化介質(zhì)膜(6)的下方；p型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層(4)和n型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層(5)的厚度都為0.1 0.5μm，n型區(qū)表層的氫等離子體浸鍍層(5)的橫向尺寸為15 50μm×15 50μm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成低能等離子體氫浸鍍層的離子注入n+-on-p型碲鎘汞(HgCdTe)紅外中波(mid-wavelength)光伏探測芯片，它涉及光電探測器件技術(shù)。本發(fā)明采用在HgCdTe薄膜材料表層集成一低能等離子體氫浸鍍層的離子注入n+-on-p型HgCdTe紅外中波光伏探測芯片的結(jié)構(gòu)方案，有效解決了傳統(tǒng)HgCdTe紅外焦平面列陣中波光伏探測芯片存在表層物理特性不理想而引起的光敏感元二極管動態(tài)阻抗和探測性能下降的問題。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)工藝簡單和集成度高的特點。
文檔編號H01L31/101GK101958331SQ20101023486
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者丁瑞軍, 何力, 葉振華, 吳廷琪, 晨昱, 林春, 殷建軍, 胡偉達(dá), 胡曉寧, 邢雯 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所