振探测领域，当红外电磁波入射到探测器的偏振光栅阵列上，被偏振光栅进行偏振分光，由于偏振光栅的特殊设计可以同时获得0°、45°、90° N135°四个偏振角度的偏振光，分光后的偏振光到达雪崩光电二极管上，由于光电效应产生光电流，产生的光电流经与读出电路互连的铟柱连接注入至读出电路，然后经电路的列运算放大单元进行电学信号的放大，经读出电路的输出单元输出电学信号，通过外部数据采集模块的处理，即可进行0°、45°、90°、135°四个偏振角度的探测数据采集，基于偏振度和偏振角的算法对输出电学信号进行图像处理，即可获得偏振度和偏振角的图像。
[0030]本发明实施例提出的探测器通过在衬底的上下表面分别设置偏振光栅和光电二极管，偏振光栅与光电二极管像素对应，从而将偏振分光功能集成在探测器上，这种集成式设计有效的减少探测系统的体积和重量，显著提高了探测系统的机械稳定性。同时偏振光栅每2X2为一组，包括四个起偏方向的光栅，可同时进行O°、45°、90° N135°四个偏振角度的分光，从而使得每一个帧周期可同时输出探测器阵列中所有的像素对经偏振分光后的入射福射的光电响应信号，这些信号中包括0°、45°、90° N135°四个偏振角度偏振分光的光电响应。光电二极管米用雪崩光电二极管可以大大增强光电增益，弥补由于偏振分光导致的辐射能量减少一半所带来的信号变弱问题，从而提高了探测器的灵敏度。
[0031]本发明实施例还提供了一种探测器的制造方法，图5为本发明实施例的探测器的制造方法的流程图，如图5所示，本发明实施例的探测器的制造方法的具体步骤为:
[0032]步骤501:提供衬底；
[0033]具体的，衬底21为探测器20的基板，偏振光栅22、光电二极管23、读出电路24均形成在衬底21上，衬底21可采用磷化铟材料。
[0034]步骤502:在衬底的下表面形成光电二极管；
[0035]具体的，利用材料外延工艺技术在磷化铟衬底21上外延出制备光电二极管23的铟镓砷材料，通过锌元素扩散形成光电二极管的P型区25，通过镉元素扩散形成光电二极管的η型区26，并在P型区和η型区的界面处形成p-η结。通过像元间隔离刻蚀形成光电二极管的P型区欧姆接触27和光电二极管的η型区欧姆接触28。通过制备钝化绝缘层，在钝化层开孔形成接触电极制备等工艺，形成探测器芯片，探测器芯片上预留用于背面光刻的对准标记。
[0036]步骤503:在衬底的上表面形成阵列式排布的偏振光栅；
[0037]具体的，图6为本发明实施例的探测器的背面的对准备标记，图7为本发明实施例的探测器的背面生长金属薄膜示意图，图8为本发明实施例的探测器的偏振光栅的光刻示意图。如图6、7、8所示，将探测器芯片的磷化铟衬底21减薄抛光:利用机械抛光设备以及化学机械抛光设备，将探测器芯片的磷化铟衬底21的厚度减薄至150?200um。在探测器的背面形成对准标记61，具体的，将探测器芯片的衬底21背面清洗干净，利用匀胶设备涂敷约3um厚的光刻胶，通过双面对准曝光方法，与探测器正面预留的对准标记进行套刻，在光刻胶上光刻出对准标记，利用反应离子刻蚀方法将没有光刻胶保护部分的标记部分进行刻蚀；刻蚀完后去掉残余光刻胶，最终在探测器芯片背面上形成对准标记61。
[0038]利用磁控溅射设备或者离子束沉积等金属薄膜沉积设备，生长厚度200?300nm厚的Al金属膜层71。将生长过Al薄膜的的衬底21背面清洗干净，涂上一层200?300nm厚的高分子材料，然后将亚波长偏振光栅的模板压在高分子材料上面，高分子材料经过固化，取掉模具，形成亚波长偏振光栅阵列掩膜81。
[0039]将制备好亚波长偏振光栅掩膜的探测器芯片放入干法刻蚀设备中进行刻蚀，刻蚀掉无掩膜遮挡部分的金属Al，金属Al刻蚀完毕后，采用氧气等离子体去除掩膜材料，最终形成亚波长偏振光栅阵列22。
[0040]步骤504:将光电二极管与读出电路电连接
[0041]在专用读出电路24上制备好连接铟柱29，利用倒装焊接机将探测器芯片与专用读出电路24进行倒装互连，形成最终的集成红外偏振探测器。
[0042]本发明实施例提供的探测器的制造方法，将偏振光栅集成在探测器上，这种集成式设计有效的减少整个探测系统的体积和重量，显著提高了探测系统的机械稳定性。同时偏振光栅经特殊设计可同时进行0°、45°、90°、135°四个偏振角度的分光，从而使得每一个帧周期可同时输出探测器阵列中所有的像素对经偏振分光后的入射福射的光电响应信号，有效提高了探测的精度。
[0043]以上所述的【具体实施方式】，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种探测器，其特征在于，所述探测器包括: 衬底； 偏振光栅，阵列式排布在所述衬底的上表面，所述偏振光栅用于对入射光进行偏振分光; 光电二极管，阵列式排布在所述衬底的下表面，所述光电二极管与所述偏振光栅像素 对应，用于吸收经所述偏振光栅分光后的偏振光而产生光电流: 读出电路，与所述光电二极管相连接，用于接收和处理所述光电流。2.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述偏振光栅每4个为一组，包括0°、45°、90°、135°四个方向的偏振光栅。3.根据权利要求1或2所述的探测器，其特征在于，所述偏振光栅的线条之间间隔200 ?500umo4.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述光电二极管为雪崩光电二极管。5.如权利要求1或4所述的探测器，其特征在于，所述光电二极管的像素大小在20?40umX 20?40um之间，像素间隔为2?5um。6.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述读出电路与所述光电二极管相连接具体为，所述读出电路通过倒装焊接工艺与所述光电二极管相连接。7.如权利要求1或6所述的探测器，其特征在于，所述读出电路具体为: 输入单元，与所述光电二极管电连接，用于接收所述光电流； 列运算放大单元，与所述输入单元电连接，用于对所述光电流的电学信号进行放大处理； 输出单元，与所述列运算放大单元电连接，用于输出所述经放大处理的电学信号； 数字控制单元，与所述输入单元、列运算放大单元、输出单元电连接，用于提供所述读出电路的工作时序。8.一种探测器的制造方法，其特征在于，所述方法包括: 提供衬底； 在所述衬底的下表面形成光电二极管； 在所述衬底的上表面形成阵列式排布的偏振光栅； 将所述光电二极管与读出电路电连接。9.如权利要求8所述的探测器的制造方法，其特征在于，所述光电二极管与所述偏振光栅像素 对应。10.如权利要求8所述的探测器的制造方法，其特征在于，在所述衬底的上表面形成阵列式排布的偏振光栅具体为，所述偏振光栅每4个为一组，包括0°、45°、90° N135°四个方向的偏振光栅。
【专利摘要】本发明实施例涉及一种探测器及其制造方法，所述探测器包括：衬底；偏振光栅，阵列式排布在衬底的上表面，偏振光栅用于对入射光进行偏振分光；光电二极管，阵列式排布在衬底的下表面，光电二极管与偏振光栅像素一一对应，用于吸收经偏振光栅分光后的偏振光而产生光电流；读出电路，与光电二极管相连接，用于接收和处理光电流。相应地，本发明还提供了探测器的制造方法。本发明实施例提出的探测器及其制造方法，通过在衬底的上下表面分别设置偏振光栅和光电二极管，偏振光栅与光电二极管像素一一对应，从而将偏振分光功能集成在探测器上，这种集成式设计有效的减少整个探测系统的体积和重量，显著提高了探测器系统的机械稳定性。
【IPC分类】G01J1/42
【公开号】CN105181130
【申请号】CN201510387414
【发明人】胡小燕, 王玺, 韩建忠
【申请人】中国电子科技集团公司信息科学研究院, 中国电子科技集团公司第四十四研究所
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年7月3日