一種紅外探測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種紅外探測(cè)器，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外探測(cè)器是將入射的紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出的器件，近年來紅外探測(cè) 器技術(shù)得到迅速發(fā)展，但是大多數(shù)紅外探測(cè)器需要在低溫工作才能獲得較高性能，如：鍺 硅、鋁鎵砷等都要求在低溫下使用，由于需要致冷使得紅外系統(tǒng)體積大、笨重、價(jià)格昂貴和 不利于使用，影響了它們的廣泛應(yīng)用，因此致冷是紅外探測(cè)器獲得廣泛應(yīng)用的主要障礙。因 此，人們對(duì)室溫工作的紅外探測(cè)器展開了大量深入地研究，如今非致冷已經(jīng)成為紅外探測(cè) 領(lǐng)域的研究的熱點(diǎn)之一。目前，在半導(dǎo)體光伏型紅外探測(cè)器領(lǐng)域使用的主要材料有鎵銦砷 GaInAs(中國(guó)發(fā)明專利CN104183658A)，鎵銦砷磷GalnAsP、碲鎘汞HgCdTe、鉛鹽化合物及 含銻化合物等半導(dǎo)體材料（中國(guó)實(shí)用新型專利CN203883014U)。但這類半導(dǎo)體元器件含 有大量的鉛、汞、鎘、鎵、砷等各種對(duì)人體有害的物質(zhì)，這些元素如果進(jìn)入土壤隨雨水滲到地 下就會(huì)污染水源，最終將危害人類的生存，也不利于半導(dǎo)體材料的可持續(xù)發(fā)展。目前，紅外 探測(cè)技術(shù)存在的主要缺點(diǎn)是：（1)需要制造冷卻系統(tǒng)，才能保證紅外探測(cè)器正常工作；（2) 整個(gè)紅外探測(cè)系統(tǒng)體積和重大；（3)探測(cè)系統(tǒng)的功耗高；（4)性價(jià)比低，而且使用極為不方 便；（5)含有對(duì)人體有害物質(zhì)，不利于半導(dǎo)體材料的可持續(xù)發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型的目的是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種紅外探測(cè)器，該裝置所使用 的材料資源豐富、對(duì)環(huán)境負(fù)荷小，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0004] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案
[0005] -種紅外探測(cè)器，包括襯底，在襯底上表面設(shè)置Mg2Si薄膜，Mg2Si薄膜上表面連接 上電極，在襯底下表面設(shè)置下電極。
[0006] 前述的一種紅外探測(cè)器中，在Mg2Si薄膜上表面鍍一層減反射層，上電極穿過減反 射層。
[0007] 由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型由于是利用Mg2Si薄膜 的光電特性以及它可以在室溫條件下工作、無需制冷的原理而制作的一種光電紅外探測(cè) 器。與傳統(tǒng)的低溫制冷的光子型紅外探測(cè)器比，這是一種不需要真空杜瓦瓶和制冷器的非 制冷紅外探測(cè)器，解決了光子型紅外探測(cè)器制造成本高、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，探測(cè)器可靠性差的 問題，同時(shí)體積小、重量輕，器件的功耗低，高性能價(jià)格比，而且使用方便，本實(shí)用新型探測(cè) 器對(duì)探測(cè)光的波長(zhǎng)具有靈敏的選擇作用，在較薄吸收層時(shí)獲得較強(qiáng)的光吸收，特別是對(duì)波 長(zhǎng)在1. 2~1. 8ym范圍，提高了器件的量子效率和工作速度，降低器件暗電流，半導(dǎo)體Mg2Si 材料是由地球上資源壽命極長(zhǎng)的Mg、Si元素組成，是一種環(huán)境友好半導(dǎo)體材料，Mg2Si薄膜 可以在Si襯底上外延生長(zhǎng)，和傳統(tǒng)的Si工藝兼容。本實(shí)用新型使用環(huán)境友好半導(dǎo)體材料 作為吸收層，有利于半導(dǎo)體材料的可持續(xù)發(fā)展，利用磁控濺射方法可以制備均勻、大面積薄 膜，本實(shí)用新型的紅外探測(cè)器，對(duì)紅外輻射的吸收系數(shù)可高達(dá)73%左右。
【附圖說明】
[0008] 附圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009] 附圖2是本實(shí)用新型中Mg2Si薄膜的X射線衍射（XRD)測(cè)量結(jié)果示意圖；
[0010] 附圖3是本實(shí)用新型中Mg2Si薄膜表面的掃描電子顯微鏡（SEM)測(cè)量結(jié)果示意圖
[0011] 附圖4本實(shí)用新型中Mg2Si薄膜表面的掃描電子顯微鏡（SEM)測(cè)量結(jié)果示意圖二
[0012] 附圖5是本實(shí)用新型中Mg2Si薄膜的紅外反射光譜測(cè)量結(jié)果示意圖；
[0013] 附圖6是本實(shí)用新型中Mg2Si薄膜的紅外吸收光譜測(cè)量結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型用作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不作為對(duì)本實(shí)用新型的任 何限制。
[0015] 本實(shí)用新型的實(shí)施例一：一種紅外探測(cè)器的制備方法，該方法采用磁控濺射技術(shù) 在娃襯底上生長(zhǎng)Mg2Si薄膜，然后在襯底下表面鍍一層下電極，在Mg2Si薄膜上表面上鍍一 層上電極。
[0016] 該方法的具體工藝步驟為：
[0017] 步驟一、清洗襯底，吹干后備用，具體為硅襯底依次在丙酮、無水乙醇、去離子水中 超聲清洗20min，然后烘干，送入磁控濺射系統(tǒng)的樣品室，并對(duì)Si襯底表面進(jìn)行反濺射離 子清洗，一方面去除附著在表面的雜質(zhì)和氧化物，另一方面增加Si襯底表面的微觀粗糙 度，提高薄膜在襯底表面的附著力；
[0018] 步驟二、濺射用Mg靶直徑60mm、厚度為5mm。在濺射室里，往Si襯底上濺射沉 積Mg膜前，濺射清洗Mg靶表面10min，主要去除Mg靶表面的氧化層。
[0019] 步驟三、濺射沉積過程中，濺射室背底氣壓為2. 0xl0-5Pa，濺射功率為100W，氬氣 (99. 999%純度）流量20sccm，濺射氣壓為3.0Pa，濺射時(shí)間為30min，這樣的沉積條件 下，濺射沉積Mg膜的厚度約380nm。濺射時(shí)襯底溫度為室溫。
[0020] 步驟四、將Mg/Si樣品放入高真空退火爐中退火。退火爐背底氣壓為4. 0xl0_4Pa。 退火時(shí)氣壓保持在1. 5xl〇-2Pa，退火時(shí)間為4h，退火溫度為400°C。
[0021] 步驟五、將退火后的樣品再次放入磁控濺射室，在Mg2Sii薄膜上面濺射一層Si02 作為減反射層；
[0022] 步驟六、將退火后的樣品放入電阻式熱蒸發(fā)爐中，蒸發(fā)的背底氣壓為3. 0xl0_4Pa， 在樣品的背面蒸發(fā)鋁膜作為下接觸電極，蒸發(fā)時(shí)間為l〇min，加熱電流為70A;
[0023] 步驟七、在Mg2Si薄膜上面預(yù)留區(qū)域熱蒸發(fā)Ag膜作為上電極，蒸發(fā)的背底氣壓為 3. 0xl0-4Pa，蒸發(fā)時(shí)間為lOmin，加熱電流為100A。
[0024] 根據(jù)上述方法所構(gòu)建的一種紅外探測(cè)器，如附圖1所示，包括硅襯底2,在硅襯底2 上表面設(shè)置Mg2Si薄膜3,Mg2Si薄膜3上表面連接上電極5,在硅襯底2下表面設(shè)置下電極 1，在Mg2Si薄膜3上表面鍍一層減反射層4,上電極5穿過減反射層4。
[0025] 附圖2所示為本實(shí)施本實(shí)用新型提出的Mg2Si薄膜的X射線衍射（XRD)測(cè)量結(jié)果。 結(jié)果表明，400 °C退火4小時(shí)得到的Mg2Si薄膜在24. 3°、40. 2°、47. 5°、58° 73.