專利名稱：一種用于霍爾測試的碲鎘汞柵控結(jié)構(gòu)光導(dǎo)探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外光電探測技術(shù)，具體指生長有霍爾電極和透明柵電極的碲鎘汞柵控結(jié)構(gòu)光導(dǎo)探測器。
背景技術(shù)：
隨著紅外技術(shù)的進(jìn)步和空間遙感的應(yīng)用的發(fā)展，三元系化合物半導(dǎo)體材料碲鎘汞由于其禁帶寬度隨組份連續(xù)可調(diào)，響應(yīng)范圍覆蓋整個紅外波段(包括I 3μπι，3 5μπι和8 14μπι三個大氣窗口)，已經(jīng)成為研制單元、多元紅外探測器及紅外焦平面的首選材料。碲鎘汞材料由于其禁帶寬度窄，制備的器件受表面和界面特性的影響十分顯著，尤其對于長波甚長波波段的碲鎘汞紅外探測器作用更為明顯，甚至可能成為決定器件性能的主導(dǎo)因素。傳統(tǒng)的器件工藝大都通過提高材料質(zhì)量和表面鈍化這兩種方法來提高器件的性能，對于表面和界面的電學(xué)參數(shù)對器件性能的具體影響并沒有進(jìn)行定量的研究，有文獻(xiàn)報道稱用柵控結(jié)構(gòu)的碲鎘汞長波光導(dǎo)探測器在不同柵壓下器件響應(yīng)率最高可提升100%左右(Defence Science Journal, Vol.54，N0.2，219-228 (2004))。目前，用于霍爾測試的碲鎘汞柵控光導(dǎo)探測器尚未見到公開報道，采用該結(jié)構(gòu)制備碲鎘汞柵控探測器克服了傳統(tǒng)的柵控器件只是在外加?xùn)艍旱那闆r下測量器件的響應(yīng)率、探測率等探測器性能參數(shù)的缺點(diǎn)，在完成器件的制備后不僅可以在外加?xùn)艍旱那闆r下測試探測器的性能，還可以通過4個霍爾電極測試器件的霍爾特性，包括后續(xù)的定量遷移率譜分析，得到外加不同柵壓與表面和體載流子濃度及遷移率的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而為改進(jìn)器件性能提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，在器件性能分析和器件失效機(jī)理研究方面提供強(qiáng)大的理論支撐。

發(fā)明內(nèi)容
本專利的目的在于制備一種同時可以進(jìn)行外加?xùn)艍旱钠骷阅軠y試和外加?xùn)艍旱幕魻枩y試的碲鎘汞光導(dǎo)器件，得到不同柵壓下器件性能與表面和體載流子濃度及遷移率的對應(yīng)關(guān)系，相比傳統(tǒng)柵控器件，該結(jié)構(gòu)器件得到更多器件載流子濃度、遷移率及電導(dǎo)率等參數(shù)，這些數(shù)據(jù)用于改進(jìn)器件的鈍化工藝，改善鈍化層與材料的界面特性，最終提高光導(dǎo)探測器性能。本專利的用于霍爾測試的碲鎘汞柵控結(jié)構(gòu)光導(dǎo)探測器，如圖1所示，其結(jié)構(gòu)為:藍(lán)寶石襯底I上依次為把η型碲鎘汞材料4粘結(jié)在襯底上的環(huán)氧樹脂膠2、雙面具有陽極氧化層3的η型締鎘萊材料4和ZnS鈍化層6,透明柵電極7位于ZnS鈍化層6上,在透明柵電極7上生長有加厚電極8，4個霍爾電極5位于η型碲鎘汞材料4上；所述的藍(lán)寶石襯底I的厚度為280 μ m ;所述的陽極氧化層3，厚度為80-1OOnm ；所述的η型碲鎘汞材料4的電子濃度為I X IO13CnT3至I X IO15Cm-3,經(jīng)雙面粗、精拋處理，厚度為10-15ym；所述的霍爾電極5為Cr和Au復(fù)合電極,Cr厚度為20nm,Au厚度為300nm,圖形為方形，4個霍爾電極5分布的器件的四個角上，電極尺寸小于器件光敏面邊長的1/6,用作霍爾測試電極和器件信號引出電極；所述的ZnS鈍化層6的厚度為200-300nm ；所述的透明柵電極7為In電極，厚度為IOnm ；所述的加厚電極8為Au電極，厚度為300nm。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:該方法所制備的器件，可同時進(jìn)行外加?xùn)艍簵l件下的霍爾測試和器件性能測試，可同時得到成型器件的性能參數(shù)和材料的載流子濃度、遷移率等電學(xué)參數(shù)信息，制備工藝簡便，可供測試分析的手段多，克服了傳統(tǒng)柵控器件成型后只能進(jìn)行性能測試的缺點(diǎn)，通過測試容易找到器件達(dá)到最佳性能需要的實(shí)際參數(shù)及相關(guān)工藝條件，極大地縮短了器件的研制進(jìn)程。


圖1為本專利制備的探測器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1 (a)可用于霍爾測試的碲鎘汞柵控結(jié)構(gòu)光導(dǎo)探測器器件的剖面圖，圖1 (b)為可用于霍爾測試的碲鎘汞柵控結(jié)構(gòu)光導(dǎo)探測器器件的俯視圖。
具體實(shí)施例方式下文結(jié)合說明書附圖，本專利一種用于霍爾測試的碲鎘汞柵控結(jié)構(gòu)光導(dǎo)探測器器件的具體制備工藝步驟作詳細(xì)的說明:實(shí)例1:步驟1:對η型碲鎘汞材料4的第一面平整度去損傷處理，其中Hgl_xCdxTe中χ=0.21，液氮溫度下，遷移率約為3 X IO4Cm2/(V.S)，電子濃度約為lX1013cm_3。在其表面生長厚度為80nm的陽極氧化層3。步驟2:采用配制好的環(huán)氧樹脂膠2將碲鎘汞材料4已經(jīng)處理完的一面與藍(lán)寶石襯底I粘貼在一起，在一定的溫度(約60°C)真空下加壓充分固化，以保證膠層在一定的均勻厚度范圍內(nèi)，固化時間90mins左右，保證粘貼強(qiáng)度。步驟3:將第一面處理完的芯片用蠟貼在磨片玻璃板上，再通過真空硅片機(jī)將之壓平(保證厚度差在3 μ m范圍內(nèi))，對碲鎘汞材料的另一面作減薄去損傷處理，最終把碲鎘汞材料4的厚度控制在10 μ m，然后再生長80nm的陽極氧化層3，在整個材料表面范圍內(nèi)，要保證厚度的均勻性。步驟4:材料清洗，將材料分別放入三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙醇中用棉花拖洗，每步清洗I分鐘，清洗后用N2吹干；步驟5:在碲鎘汞材料4表面的陽極氧化層3上進(jìn)行第一次光刻，在光刻出的圖形上采用磁控濺射的方法生長ZnS鈍化層6，厚度300nm。完成后進(jìn)行浮膠處理。步驟6:進(jìn)行第二次光刻，光刻出四個霍爾電極的電極孔，生長將樣品置于HF酸緩沖液中浸泡3s后迅速取出，清除表面氧化物，N2吹干，烘箱(60°C)烘烤20分鐘后，采用離子束濺射鍍膜機(jī)依次生長厚度20nm Cr歐姆接觸電極和厚度300nm Au電極作霍爾電極5，完成之后進(jìn)浮膠處理。步驟7:進(jìn)行第三次光刻，光刻出柵電極孔，等離子去除沒有完全曝光的光刻膠后在離子束濺射鍍膜機(jī)中生長厚度IOnm的In電極作為透明柵電極7。完成之后進(jìn)行浮膠處理。步驟8:進(jìn)行第四次光刻，光刻出透明柵電極加厚電極圖形，采用離子束濺射鍍膜機(jī)生長厚度300nm的Au電極作柵電極加厚電極8。完成后進(jìn)行浮膠處理。步驟9:進(jìn)行第五次光刻，用光刻膠保護(hù)器件圖形，進(jìn)行氬離子刻蝕并保證刻蝕徹
。步驟10:刻蝕完成后的器件不要進(jìn)行浮膠處理，采用直徑200 μ m金鋼石切割刀頭進(jìn)行器件劃片操作，未浮起的光刻膠起保護(hù)器件的作用。完成后再進(jìn)行浮膠處理。步驟11:器件焊接、封裝、測試，霍爾電極采用鍵壓焊接，柵透明電極則采用銦球焊接，以防壓穿下面的ZnS層，完成器件的制備工作后進(jìn)行一系列的測試，包括施加?xùn)艍簵l件下的變溫變磁場霍爾測試、響應(yīng)率、 探測率測試等，從而篩選分析出器件性能達(dá)到最優(yōu)時的器件參數(shù)及所需工藝條件。實(shí)例2:步驟1:對η型碲鎘汞材料4的第一面平整度去損傷處理，其中Hgl_xCdxTe中x=0.26，液氮溫度下，遷移率約為1父105(^2/(￥^)，電子濃度約為2\1014(^_3。在其表面生長厚度為90nm的陽極氧化層3。步驟2:采用配制好的環(huán)氧樹脂膠2將碲鎘汞材料4已經(jīng)處理完的一面與藍(lán)寶石襯底I粘貼在一起，在一定的溫度(約60°C)真空下加壓充分固化，以保證膠層在一定的均勻厚度范圍內(nèi)，固化時間90mins左右，保證粘貼強(qiáng)度。步驟3:將第一面處理完的芯片用蠟貼在磨片玻璃板上，再通過真空硅片機(jī)將之壓平(保證厚度差在3 μ m范圍內(nèi))，對碲鎘汞材料的另一面作減薄去損傷處理，最終把碲鎘汞材料4的厚度控制在15 μ m，然后再生長90nm的陽極氧化層3，在整個材料表面范圍內(nèi)，要保證厚度的均勻性。步驟4:材料清洗，將材料分別放入三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙醇中用棉花拖洗，每步清洗I分鐘，清洗后用N2吹干；步驟5:在碲鎘汞材料4表面的陽極氧化層3上進(jìn)行第一次光刻，在光刻出的圖形上采用磁控濺射的方法生長ZnS鈍化層6，厚度260nm。完成后進(jìn)行浮膠處理。步驟6:進(jìn)行第二次光刻，光刻出四個霍爾電極的電極孔，生長將樣品置于HF酸緩沖液中浸泡3s后迅速取出，清除表面氧化物，N2吹干，烘箱(60°C)烘烤20分鐘后，采用離子束濺射鍍膜機(jī)依次生長厚度20nm Cr歐姆接觸電極和厚度300nm Au電極作霍爾電極5，完成之后進(jìn)浮膠處理。步驟7:進(jìn)行第三次光刻，光刻出柵電極孔，等離子去除沒有完全曝光的光刻膠后在離子束濺射鍍膜機(jī)中生長厚度IOnm的In電極7作為透明柵電極。完成之后進(jìn)行浮膠處理。步驟8:進(jìn)行第四次光刻，光刻出透明柵電極加厚電極圖形，采用離子束濺射鍍膜機(jī)生長厚度300nm的Au電極作柵電極加厚電極8。完成后進(jìn)行浮膠處理。步驟9:進(jìn)行第五次光刻，用光刻膠保護(hù)器件圖形，進(jìn)行氬離子刻蝕并保證刻蝕徹
。步驟10:刻蝕完成后的器件不要進(jìn)行浮膠處理，采用直徑200 μ m金鋼石切割刀頭進(jìn)行器件劃片操作，未浮起的光刻膠起保護(hù)器件的作用。完成后再進(jìn)行浮膠處理。步驟11:器件焊接、封裝、測試，霍爾電極采用鍵壓焊接，柵透明電極則采用銦球焊接，以防壓穿下面的ZnS層，完成器件的制備工作后進(jìn)行一系列的測試，包括施加?xùn)艍簵l件下的變溫變磁場霍爾測試、響應(yīng)率、探測率測試等，從而篩選分析出器件性能達(dá)到最優(yōu)時的器件參數(shù)及所需工藝條件。實(shí)例3:步驟1:對η型碲鎘汞材料4的第一面平整度去損傷處理，其中Hgl_xCdxTe中x=0.23，液氮溫度下，遷移率約為5 X IO4Cm2/(V.S)，電子濃度約為lX1015cm_3。在其表面生長厚度為IOOnm的陽極氧化層3。步驟2:采用配制好的環(huán)氧樹脂膠2將碲鎘汞材料4已經(jīng)處理完的一面與藍(lán)寶石襯底I粘貼在一起，在一定的溫度(約60°C)真空下加壓充分固化，以保證膠層在一定的均勻厚度范圍內(nèi)，固化時間90mins左右，保證粘貼強(qiáng)度。步驟3:將第一面處理完的芯片用蠟貼在磨片玻璃板上，再通過真空硅片機(jī)將之壓平(保證厚度差在3 μ m范圍內(nèi))，對碲鎘汞材料的另一面作減薄去損傷處理，最終把碲鎘汞材料4的厚度控制在11 μ m，然后再生長IOOnm的陽極氧化層3，在整個材料表面范圍內(nèi)，要保證厚度的均勻性。步驟4:材料清洗，將材料分別放入三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙醇中用棉花拖洗，每步清洗I分鐘，清洗后用N2吹干；步驟5:在碲鎘汞材料4表面的陽極氧化層3上進(jìn)行第一次光刻，在光刻出的圖形上采用磁控濺射的方法生長ZnS鈍化層6，厚度200nm。完成后進(jìn)行浮膠處理。步驟6:進(jìn)行第二次光刻，光刻出四個霍爾電極的電極孔，生長將樣品置于HF酸緩沖液中浸泡3s后迅速取出，清除表面氧化物，N2吹干，烘箱(60°C)烘烤20分鐘后，采用離子束濺射鍍膜機(jī)依次生長厚度20nm Cr歐姆接觸電極和厚度300nm Au電極作霍爾電極5，完成之后進(jìn)浮膠處理。步驟7:進(jìn)行第三次光刻，光刻出柵電極孔，等離子去除沒有完全曝光的光刻膠后在離子束濺射鍍膜機(jī)中生長厚度IOnm的In電極7作為透明柵電極。完成之后進(jìn)行浮膠處理。步驟8:進(jìn)行第四次光刻，光刻出透明柵電極加厚電極圖形，采用離子束濺射鍍膜機(jī)生長厚度300nm的Au電極作柵電極加厚電極8。完成后進(jìn)行浮膠處理。步驟9:進(jìn)行第五次光刻，用光刻膠保護(hù)器件圖形，進(jìn)行氬離子刻蝕圖形并保證刻蝕徹底。步驟10:刻蝕完成后的器件不要進(jìn)行浮膠處理，采用直徑200 μ m金鋼石切割刀頭進(jìn)行器件劃片操作，未浮起的光刻膠起保護(hù)器件的作用。完成后再進(jìn)行浮膠處理。步驟11:器件焊接、封裝、測試，霍爾電極采用鍵壓焊接，柵透明電極則采用銦球焊接，以防壓穿下面的ZnS層，完成器件的制備工作后進(jìn)行一系列的測試，包括施加?xùn)艍簵l件下的變溫變磁場霍爾測試、響應(yīng)率、探測率測試等，從而篩選分析出器件性能達(dá)到最優(yōu)時的器件參數(shù)及所需工藝條件。
權(quán)利要求
1.一種用于霍爾測試的碲鎘汞柵控結(jié)構(gòu)光導(dǎo)探測器，其結(jié)構(gòu)為:藍(lán)寶石襯底(I)上依次為把η型碲鎘汞材料(4)粘結(jié)在襯底上的環(huán)氧樹脂膠(2)、雙面具有陽極氧化層(3)的η型碲鎘汞材料(4)和ZnS鈍化層(6)，透明柵電極(7)位于ZnS鈍化層(6)上，在透明柵電極(7)上生長有加厚電極(8)，4個霍爾電極(5)位于η型碲鎘汞材料(4)上；其特征在于: 所述的藍(lán)寶石襯底(I)的厚度為280 μ m ; 所述的陽極氧化層(3),厚度為80-1OOnm ; 所述的η型碲鎘汞材料(4)的電子濃度為I X IO13CnT3至I X 1015cm_3，經(jīng)雙面粗、精拋處理，厚度為10-15ym ； 所述的霍爾電極(5)為Cr和Au復(fù)合電極，Cr厚度為20nm，Au厚度為300nm ； 所述的ZnS鈍化層(6)的厚度為200-300nm ； 所述的透明柵電極(7)為In電極,厚度為IOnm ； 所述的加厚電極(8)為Au電極，厚度為300nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于霍爾測試的碲鎘汞柵控結(jié)構(gòu)光導(dǎo)探測器，其特征在于:所述的4個霍爾電極(5)為方形，分布在器件的四個角上，電極尺寸小于器件光敏面邊長的1/6。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于霍爾測試的碲鎘汞柵控結(jié)構(gòu)光導(dǎo)探測器，其結(jié)構(gòu)包括襯底，此襯底為藍(lán)寶石片；碲鎘汞材料，該材料經(jīng)雙面粗、精拋處理后生長陽極氧化層；環(huán)氧樹脂膠，此膠用作把碲鎘汞材料與襯底粘結(jié)在一起；ZnS鈍化層，該層起鈍化材料表面和增透的雙重作用；霍爾電極，此電極前后共四個，生長在碲鎘汞材料上，用作霍爾測試和器件性能測試的信號引出電極；透明柵電極，該電極生長在ZnS鈍化層上，通過此電極對器件施加?xùn)艍?；加厚電極，此電極生長在透明柵電極上。該結(jié)構(gòu)的探測器在器件性能測試和霍爾測試過程中均可施加?xùn)艍?，獲得器件性能最優(yōu)時所需的柵壓、材料載流子濃度、遷移率等電學(xué)參數(shù)條件，極大縮短器件的研制進(jìn)程。
文檔編號H01L31/112GK103165724SQ201310100349
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者徐鵬霄, 張可鋒, 李向陽, 劉新智, 趙水平, 朱龍源, 劉福浩, 張立瑤 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所