一种红外探测芯片及其制备方法与流程

本发明涉及红外探测器，特别是涉及一种红外探测芯片以及一种红外探测芯片的制备方法。

背景技术：

1、红外探测器在现阶段的使用越来越广泛，现阶段短波红外探测器主要是在inp衬底上，制备晶格匹配的in0.53ga0.47as作为吸收层。该结构性能非常优秀，但截止波长只到1.7μm，未能完全覆盖短波大气窗口。而提高吸收层中的in组分，从而延伸波长的方案存在晶格失配的问题，会导致材料中位错非常多，暗电流随波长急剧恶化；而利用ingaas/gaassb超晶格作为吸收区，则存在量子效率低、生长难度大的问题。所以如何提供一种具有更宽波长范围的高量子效率红外探测芯片是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种红外探测芯片，具有更宽的波长范围；本发明的另一目的在于提供一种红外探测芯片的制备方法，所制备而成的红外探测芯片具有更宽的波长范围。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种红外探测芯片，包括功能层和读出电路；

3、所述功能层形成有相互分离的像元，形成焦平面阵列；所述读出电路与所述焦平面阵列互联；

4、所述功能层包括作为吸收层的ingaassb，所述功能层的一侧具有去除衬底时所形成的分离面，所述衬底为与所述吸收层相互匹配的gasb。

5、可选的，所述功能层包括腐蚀终止层，所述腐蚀终止层表面形成有腐蚀所述衬底后所形成的所述分离面。

6、可选的，所述腐蚀终止层为inas1-x1sbx1，x1＝0.09至0.12。

7、可选的，所述功能层包括位于所述腐蚀终止层与所述吸收层之间的公共电极层，所述功能层背向所述公共电极层一侧通过倒装与所述读出电路互联。

8、可选的，所述功能层包括位于吸收层背向所述腐蚀终止层一侧的接触层，所述接触层与所述读出电路互联。

9、可选的，所述功能层包括位于吸收层背向所述腐蚀终止层一侧的公共电极层，所述功能层设置有所述腐蚀终止层一侧通过倒装与所述读出电路互联。

10、可选的，所述公共电极层背向所述功能层一侧设置有透明基底。

11、可选的，所述公共电极层与所述透明基底之间设置有增透膜。

12、可选的，所述公共电极层为inx2ga1-x2as1-y2sby2,x2＝0.2至0.3，y2＝1-0.91x2。

13、可选的，所述功能层包括所述吸收层和位于所述吸收层至少一侧表面的势垒层，所述吸收层为inx3ga1-x3as1-y3sby3,x3＝0.2至0.3，y3＝1-0.91x3；所述势垒层为alx4ga1-x4as1-y4sb，x4＝0.2至1.0，y4＝1-0.08x4。

14、本发明还提供了一种红外探测芯片的制备方法，包括：

15、在衬底表面设置功能层；所述功能层包括作为吸收层的ingaassb，所述衬底为与所述吸收层相互匹配的gasb；

16、去除衬底，在功能层一侧形成分离面，并将焦平面阵列与读出电路互联，制成红外探测芯片；所述功能层形成有相互分离的像元，形成焦平面阵列。

17、可选的，在衬底表面设置功能层包括：

18、在所述衬底表面设置腐蚀终止层；

19、在所述腐蚀终止层背向所述衬底一侧设置所述吸收层；

20、所述去除衬底，在功能层一侧形成分离面包括：

21、腐蚀所述衬底截止至所述腐蚀终止层，在所述腐蚀终止层表面形成分离面。

22、可选的，在所述腐蚀终止层背向所述衬底一侧设置所述功能层包括：

23、在所述腐蚀终止层背向所述衬底一侧表面设置公共电极层；

24、在所述公共电极层背向所述衬底一侧设置所述吸收层；

25、去除衬底，在功能层一侧形成分离面，并将焦平面阵列与读出电路互联，制成红外探测芯片包括：

26、从所述功能层背向所述衬底一侧对所述功能层进行刻蚀截止至所述公共电极层，形成所述焦平面阵列；

27、通过倒装将连接有所述衬底的焦平面阵列与所述读出电路互联；

28、在互连所述读出电路后，腐蚀所述衬底截止至所述腐蚀终止层，制成红外探测芯片。

29、可选的，在所述腐蚀终止层背向所述衬底一侧设置所述吸收层包括：

30、在所述腐蚀终止层背向所述衬底一侧设置所述吸收层；

31、在所述吸收层背向所述衬底一侧设置公共电极层；

32、在所述公共电极层背向所述吸收层一侧设置透明基底；

33、去除衬底，在功能层一侧形成分离面，并将焦平面阵列与读出电路互联，制成红外探测芯片包括：

34、腐蚀所述衬底截止至所述腐蚀终止层；

35、从所述功能层背向所述透明基底一侧对所述功能层进行刻蚀截止至所述公共电极层，形成所述焦平面阵列；

36、通过倒装将连接有所述透明基底的焦平面阵列与所述读出电路互联，制成红外探测芯片。

37、可选的，在所述公共电极层背向所述吸收层一侧设置透明基底包括：

38、在所述公共电极层背向所述吸收层一侧表面设置增透膜；

39、在所述增透膜表面设置透明基底。

40、本发明所提供的一种红外探测芯片，包括功能层和读出电路；功能层形成有相互分离的像元，形成焦平面阵列；读出电路与焦平面阵列互联；功能层包括作为吸收层的ingaassb，功能层的一侧具有去除衬底时所形成的分离面，衬底为与吸收层相互匹配的gasb。

41、通过在gasb衬底上制备ingaassb吸收层，ingaassb吸收层具有更宽的探测波长范围，可以覆盖完整的短波大气窗口波段1.0μm～3.0μm；使用gasb衬底制备ingaassb吸收层二者之间相互匹配可以保持晶格匹配和高量子效率；而通过分离去除gasb衬底可以避免gasb衬底本身会吸收波长在1.7μm以下的光带来的影响，从而保证红外探测芯片的探测波长范围可以覆盖完整的短波大气窗口波段。

42、本发明还提供了一种红外探测芯片的制备方法，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。

技术特征：

1.一种红外探测芯片，其特征在于，包括功能层(1)和读出电路(2)；

2.根据权利要求1所述的红外探测芯片，其特征在于，所述功能层(1)包括腐蚀终止层(4)，所述腐蚀终止层(4)表面形成有腐蚀所述衬底(3)后所形成的所述分离面。

3.根据权利要求2所述的红外探测芯片，其特征在于，所述腐蚀终止层(4)为inas1-x1sbx1，x1＝0.09至0.12。

4.根据权利要求2所述的红外探测芯片，其特征在于，所述功能层包括位于所述腐蚀终止层(4)与所述吸收层(11)之间的公共电极层(5)，所述功能层(1)背向所述公共电极层(5)一侧通过倒装与所述读出电路(2)互联。

5.根据权利要求4所述的红外探测芯片，其特征在于，所述功能层(1)包括位于吸收层(11)背向所述腐蚀终止层(4)一侧的接触层(6)，所述接触层(6)与所述读出电路(2)互联。

6.根据权利要求2所述的红外探测芯片，其特征在于，所述功能层(1)包括位于吸收层(11)背向所述腐蚀终止层(4)一侧的公共电极层(5)，所述功能层(1)设置有所述腐蚀终止层(4)一侧通过倒装与所述读出电路(2)互联。

7.根据权利要求6所述的红外探测芯片，其特征在于，所述公共电极层(5)背向所述功能层(1)一侧设置有透明基底(7)。

8.根据权利要求7所述的红外探测芯片，其特征在于，所述公共电极层(5)与所述透明基底(7)之间设置有增透膜(8)。

9.根据权利要求4至8任一项权利要求所述的红外探测芯片，其特征在于，所述公共电极层(5)为inx2ga1-x2as1-y2sby2,x2＝0.2至0.3，y2＝1-0.91x2。

10.根据权利要求1所述的红外探测芯片，其特征在于，所述功能层(1)包括所述吸收层(11)和位于所述吸收层(11)至少一侧表面的势垒层(12)，所述吸收层(11)为inx3ga1-x3as1-y3sby3,x3＝0.2至0.3，y3＝1-0.91x3；所述势垒层(12)为alx4ga1-x4as1-y4sb，x4＝0.2至1.0，y4＝1-0.08x4。

11.一种红外探测芯片的制备方法，其特征在于，包括：

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在衬底(3)表面设置功能层(1)包括：

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述腐蚀终止层(4)背向所述衬底(3)一侧设置所述功能层(1)包括：

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述腐蚀终止层(4)背向所述衬底(3)一侧设置所述吸收层(11)包括：

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述公共电极层(5)背向所述吸收层(11)一侧设置透明基底(7)包括：

技术总结本发明公开了一种红外探测芯片及其制备方法，应用于红外探测器技术领域。该芯片包括焦平面阵列功能层和读出电路，二者通过倒装互联工艺结合；功能层核心为组分可调的InGaAsSb吸收层，可以完整地覆盖短波大气窗口波段1.0μm～3.0μm；功能层可以包括AlGaAsSb作为势垒层，提高器件性能；功能层需外延在GaSb衬底上，确保生长质量，然后通过相应的制备方法去除衬底，避免GaSb衬底对器件性能的影响。技术研发人员：王鹏受保护的技术使用者：睿创光子（无锡）技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25