研究了基于離子注入技術(shù)制備硅摻砷阻擋雜質(zhì)帶探測器的工藝,通過優(yōu)化工藝條件和相關(guān)器件的結(jié)構(gòu)與材料參數(shù),制造了具有良好光電響應(yīng)性能的長波紅外探測器。在溫度5 K,-3.8 V工作偏壓下,探測器的峰值響應(yīng)波長為23.8μm,黑體響應(yīng)率為3.7 A/W,3.2 V時(shí)最大探測率為5.2×10¹³ cm·Hz^1/2/W。性能指標(biāo)堪與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果相媲美甚至更好,展示了離子注入工藝在制作阻擋雜質(zhì)帶探測器方面的潛在優(yōu)勢,特別是離子注入工藝與目前的微電子電路技術(shù)相兼容,能將探測器與讀出電路集成到一塊芯片上,在降低成本的同時(shí)提高探測器成像性能。 

【文章來源】：紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2020,39(03)北大核心EISCICSCD

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【部分圖文】：

圖１四次砷離子注人方案和分布??Ｆｉｇ．?１?Ｄｏｐｉｎｇ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｏｆ?Ａｓ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｉｎｆｒａｒｅｄ－ａｃ？??－－－

ＬＥ１５??０．０?０．１?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６?０．７?０．８??深度／Ｈｉｎ??圖１四次砷離子注人方案和分布??Ｆｉｇ．?１?Ｄｏｐｉｎｇ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｏｆ?Ａｓ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｉｎｆｒａｒｅｄ－ａｃ？??ｔｉｖｅ?ｌａｙｅｒ?ｂｙ?ｆｏｕｒ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ－ｅｎｅｒｇｙ?ｉｏｎ－ｉｍｐｌａｎｔｅｄ?ｓｃｈｅｍｅ??離子注入??離子注入??．１化桂??Ｕ?Ｕ??圖２離子注人阻擋雜質(zhì)帶探測器工藝流程簡圖??Ｆｉｇ．?２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｆｌｏｗ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｏｎ－ｉｍｐｌａｎｔｅｄ?ＢＩＢ?ｄｅ？??ｔｅｃｔｏｒ??的電極接觸區(qū)接觸良好要在氮?dú)夥諊拢矗担?ｔ退火??３０分鐘。探測器工藝完成后經(jīng)激光切割可得單塊??探測器樣品。??２．１黑體響應(yīng)率??黑體響應(yīng)率是表征探測器對單位黑體輻射功??率產(chǎn)生的輸出開路信號電壓或短路信號電流。可??以通過公式＝／ｐｈ／Ｐ，來表示，／ｐｈ為探測器的光電流，??Ｐ，為輻射到探測器光敏元上的能量，戶，＝４／￡，兒為??探測器光敏元面積，￡為黑體輻照度，黑體輻照度??公式??ｅａ（Ｔ４?－?Ｔ＾Ａ?，、??Ｅ?＝?￣（１）??７ＴＬ??其中，ａ為調(diào)制因子；ｅ為黑體輻射源的有效發(fā)射率；??ｃｒ?yàn)樗固嘏耍柶澛?shù)；ｒ?yàn)楹隗w溫度，７；為環(huán)境??溫度Ｍ為黑體輻射源的光闌面積，單位ｃｍ２；Ｌ為黑??體輻射源的光闌至被測探測器之間的距離，單位??ｃｍ。測試了阻擋層為３?ｐｍ的叉指型阻擋雜質(zhì)帶探??測器溫度為５?Ｋ，黑體溫度為８００?Ｋ，斬波器頻率為??２７７?Ｈｚ的黑體響應(yīng)，響應(yīng)率曲線如圖４所

?Ｅ?＝?￣（１）??７ＴＬ??其中，ａ為調(diào)制因子；ｅ為黑體輻射源的有效發(fā)射率；??ｃｒ?yàn)樗固嘏耍柶澛?shù)；ｒ?yàn)楹隗w溫度，７；為環(huán)境??溫度Ｍ為黑體輻射源的光闌面積，單位ｃｍ２；Ｌ為黑??體輻射源的光闌至被測探測器之間的距離，單位??ｃｍ。測試了阻擋層為３?ｐｍ的叉指型阻擋雜質(zhì)帶探??測器溫度為５?Ｋ，黑體溫度為８００?Ｋ，斬波器頻率為??２７７?Ｈｚ的黑體響應(yīng)，響應(yīng)率曲線如圖４所示。??１Ｅ１８??２器件測試與分析??ＩＥ１９??學(xué)和電學(xué)方面的測試：??ｍｍ??圖３?ｕ）阻擋雜質(zhì)帶探測器局部放大圖和（ｂ）封裝示意圖??Ｆｉｇ．?３?（ａ）?ＢＩＢ?ｄｅｔｅｃｔｏｒ＊?ｓ?ｐａｒｔｉａｌ?ｅｎｌａｒｇｅｄ?ｄｅｔａｉｌ?ａｎｄ?（?ｂ）??ｐａｃｋａｇｅ?ｏｆ?ＢＩＢ?ｄｅｔｅｃｔｏｒ??圖３是器件的封裝和探測器局部放大圖，由圖３??（ａ）局部放大圖可以看到，上面部分是直線型的探測??器，下面部分是叉指型的探測器。設(shè)計(jì)了直線型和??叉指型兩種結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)不同阻擋層厚度的探測??器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。白色部分是鋁電極，兩個(gè)緊挨著的??電極之間的部分是探測的吸收層和阻擋層，表面覆??蓋了一層氮化硅作為鈍化層以抑制表面暗電流。??探測器的響應(yīng)波長可達(dá)３０?ｐｍ，需要在深低溫??下進(jìn)行測試。將探測器通過低溫膠粘到冷指上，再??通過點(diǎn)焊方式將導(dǎo)線引出接到ＰＣＢ板上進(jìn)行測試。??通過如圖３ｂ所示的封裝，就可以進(jìn)行器件的低溫光??－４?－３?－２?－１?０?１?２?３?４??偏差／Ｖ??圖４探測器溫度５Ｋ黑體響應(yīng)率??Ｆｉｇ．?４?Ｂｌａｃｋｂｏｄｙ?ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ?ｖｓ?ｂｉａｓ?ｖｏｌｔａｇｅ?ａｔ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]用于遠(yuǎn)紅外探測的Si:P阻擋雜質(zhì)帶紅外探測器研制[J]. 廖開升,李志鋒,王超,李梁,周孝好,李寧,戴寧.  紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2016(01)
[2]天文用阻擋雜質(zhì)帶紅外探測器[J]. 廖開升,劉希輝,黃亮,李志鋒,李寧,戴寧.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2014(04)



本文編號：3508428