专利名称：一种用于霍尔测试的碲镉汞栅控结构光导探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及红外光电探测技术，具体指生长有霍尔电极和透明栅电极的碲镉汞栅控结构光导探测器。
背景技术：
随着红外技术的进步和空间遥感的应用的发展，三元系化合物半导体材料碲镉汞由于其禁带宽度随组份连续可调，响应范围覆盖整个红外波段(包括I 3μπι，3 5μπι和8 14μπι三个大气窗口)，已经成为研制单元、多元红外探测器及红外焦平面的首选材料。碲镉汞材料由于其禁带宽度窄，制备的器件受表面和界面特性的影响十分显著，尤其对于长波甚长波波段的碲镉汞红外探测器作用更为明显，甚至可能成为决定器件性能的主导因素。传统的器件工艺大都通过提高材料质量和表面钝化这两种方法来提高器件的性能，对于表面和界面的电学参数对器件性能的具体影响并没有进行定量的研究，有文献报道称用栅控结构的碲镉汞长波光导探测器在不同栅压下器件响应率最高可提升100%左右(Defence Science Journal, Vol.54，N0.2，219-228 (2004))。目前，用于霍尔测试的碲镉汞栅控光导探测器尚未见到公开报道，采用该结构制备碲镉汞栅控探测器克服了传统的栅控器件只是在外加栅压的情况下测量器件的响应率、探测率等探测器性能参数的缺点，在完成器件的制备后不仅可以在外加栅压的情况下测试探测器的性能，还可以通过4个霍尔电极测试器件的霍尔特性，包括后续的定量迁移率谱分析，得到外加不同栅压与表面和体载流子浓度及迁移率的对应关系，进而为改进器件性能提供实验依据，在器件性能分析和器件失效机理研究方面提供强大的理论支撑。
发明内容
本专利的目的在于制备一种同时可以进行外加栅压的器件性能测试和外加栅压的霍尔测试的碲镉汞光导器件，得到不同栅压下器件性能与表面和体载流子浓度及迁移率的对应关系，相比传统栅控器件，该结构器件得到更多器件载流子浓度、迁移率及电导率等参数，这些数据用于改进器件的钝化工艺，改善钝化层与材料的界面特性，最终提高光导探测器性能。本专利的用于霍尔测试的碲镉汞栅控结构光导探测器，如图1所示，其结构为:蓝宝石衬底I上依次为把η型碲镉汞材料4粘结在衬底上的环氧树脂胶2、双面具有阳极氧化层3的η型締镉萊材料4和ZnS钝化层6,透明栅电极7位于ZnS钝化层6上,在透明栅电极7上生长有加厚电极8，4个霍尔电极5位于η型碲镉汞材料4上；所述的蓝宝石衬底I的厚度为280 μ m ;所述的阳极氧化层3，厚度为80-1OOnm ；所述的η型碲镉汞材料4的电子浓度为I X IO13CnT3至I X IO15Cm-3,经双面粗、精抛处理，厚度为10-15ym；所述的霍尔电极5为Cr和Au复合电极,Cr厚度为20nm,Au厚度为300nm,图形为方形，4个霍尔电极5分布的器件的四个角上，电极尺寸小于器件光敏面边长的1/6,用作霍尔测试电极和器件信号引出电极；所述的ZnS钝化层6的厚度为200-300nm ；所述的透明栅电极7为In电极，厚度为IOnm ；所述的加厚电极8为Au电极，厚度为300nm。本发明的优点在于:该方法所制备的器件，可同时进行外加栅压条件下的霍尔测试和器件性能测试，可同时得到成型器件的性能参数和材料的载流子浓度、迁移率等电学参数信息，制备工艺简便，可供测试分析的手段多，克服了传统栅控器件成型后只能进行性能测试的缺点，通过测试容易找到器件达到最佳性能需要的实际参数及相关工艺条件，极大地缩短了器件的研制进程。
图1为本专利制备的探测器的结构示意图，其中图1 (a)可用于霍尔测试的碲镉汞栅控结构光导探测器器件的剖面图，图1 (b)为可用于霍尔测试的碲镉汞栅控结构光导探测器器件的俯视图。
具体实施例方式下文结合说明书附图，本专利一种用于霍尔测试的碲镉汞栅控结构光导探测器器件的具体制备工艺步骤作详细的说明:实例1:步骤1:对η型碲镉汞材料4的第一面平整度去损伤处理，其中Hgl_xCdxTe中χ=0.21，液氮温度下，迁移率约为3 X IO4Cm2/(V.S)，电子浓度约为lX1013cm_3。在其表面生长厚度为80nm的阳极氧化层3。步骤2:采用配制好的环氧树脂胶2将碲镉汞材料4已经处理完的一面与蓝宝石衬底I粘贴在一起，在一定的温度(约60°C)真空下加压充分固化，以保证胶层在一定的均匀厚度范围内，固化时间90mins左右，保证粘贴强度。步骤3:将第一面处理完的芯片用蜡贴在磨片玻璃板上，再通过真空硅片机将之压平(保证厚度差在3 μ m范围内)，对碲镉汞材料的另一面作减薄去损伤处理，最终把碲镉汞材料4的厚度控制在10 μ m，然后再生长80nm的阳极氧化层3，在整个材料表面范围内，要保证厚度的均匀性。步骤4:材料清洗，将材料分别放入三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙醇中用棉花拖洗，每步清洗I分钟，清洗后用N2吹干；步骤5:在碲镉汞材料4表面的阳极氧化层3上进行第一次光刻，在光刻出的图形上采用磁控溅射的方法生长ZnS钝化层6，厚度300nm。完成后进行浮胶处理。步骤6:进行第二次光刻，光刻出四个霍尔电极的电极孔，生长将样品置于HF酸缓冲液中浸泡3s后迅速取出，清除表面氧化物，N2吹干，烘箱(60°C)烘烤20分钟后，采用离子束溅射镀膜机依次生长厚度20nm Cr欧姆接触电极和厚度300nm Au电极作霍尔电极5，完成之后进浮胶处理。步骤7:进行第三次光刻，光刻出栅电极孔，等离子去除没有完全曝光的光刻胶后在离子束溅射镀膜机中生长厚度IOnm的In电极作为透明栅电极7。完成之后进行浮胶处理。步骤8:进行第四次光刻，光刻出透明栅电极加厚电极图形，采用离子束溅射镀膜机生长厚度300nm的Au电极作栅电极加厚电极8。完成后进行浮胶处理。步骤9:进行第五次光刻，用光刻胶保护器件图形，进行氩离子刻蚀并保证刻蚀彻
。步骤10:刻蚀完成后的器件不要进行浮胶处理，采用直径200 μ m金钢石切割刀头进行器件划片操作，未浮起的光刻胶起保护器件的作用。完成后再进行浮胶处理。步骤11:器件焊接、封装、测试，霍尔电极采用键压焊接，栅透明电极则采用铟球焊接，以防压穿下面的ZnS层，完成器件的制备工作后进行一系列的测试，包括施加栅压条件下的变温变磁场霍尔测试、响应率、 探测率测试等，从而筛选分析出器件性能达到最优时的器件参数及所需工艺条件。实例2:步骤1:对η型碲镉汞材料4的第一面平整度去损伤处理，其中Hgl_xCdxTe中x=0.26，液氮温度下，迁移率约为1父105(^2/(￥^)，电子浓度约为2\1014(^_3。在其表面生长厚度为90nm的阳极氧化层3。步骤2:采用配制好的环氧树脂胶2将碲镉汞材料4已经处理完的一面与蓝宝石衬底I粘贴在一起，在一定的温度(约60°C)真空下加压充分固化，以保证胶层在一定的均匀厚度范围内，固化时间90mins左右，保证粘贴强度。步骤3:将第一面处理完的芯片用蜡贴在磨片玻璃板上，再通过真空硅片机将之压平(保证厚度差在3 μ m范围内)，对碲镉汞材料的另一面作减薄去损伤处理，最终把碲镉汞材料4的厚度控制在15 μ m，然后再生长90nm的阳极氧化层3，在整个材料表面范围内，要保证厚度的均匀性。步骤4:材料清洗，将材料分别放入三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙醇中用棉花拖洗，每步清洗I分钟，清洗后用N2吹干；步骤5:在碲镉汞材料4表面的阳极氧化层3上进行第一次光刻，在光刻出的图形上采用磁控溅射的方法生长ZnS钝化层6，厚度260nm。完成后进行浮胶处理。步骤6:进行第二次光刻，光刻出四个霍尔电极的电极孔，生长将样品置于HF酸缓冲液中浸泡3s后迅速取出，清除表面氧化物，N2吹干，烘箱(60°C)烘烤20分钟后，采用离子束溅射镀膜机依次生长厚度20nm Cr欧姆接触电极和厚度300nm Au电极作霍尔电极5，完成之后进浮胶处理。步骤7:进行第三次光刻，光刻出栅电极孔，等离子去除没有完全曝光的光刻胶后在离子束溅射镀膜机中生长厚度IOnm的In电极7作为透明栅电极。完成之后进行浮胶处理。步骤8:进行第四次光刻，光刻出透明栅电极加厚电极图形，采用离子束溅射镀膜机生长厚度300nm的Au电极作栅电极加厚电极8。完成后进行浮胶处理。步骤9:进行第五次光刻，用光刻胶保护器件图形，进行氩离子刻蚀并保证刻蚀彻
。步骤10:刻蚀完成后的器件不要进行浮胶处理，采用直径200 μ m金钢石切割刀头进行器件划片操作，未浮起的光刻胶起保护器件的作用。完成后再进行浮胶处理。步骤11:器件焊接、封装、测试，霍尔电极采用键压焊接，栅透明电极则采用铟球焊接，以防压穿下面的ZnS层，完成器件的制备工作后进行一系列的测试，包括施加栅压条件下的变温变磁场霍尔测试、响应率、探测率测试等，从而筛选分析出器件性能达到最优时的器件参数及所需工艺条件。实例3:步骤1:对η型碲镉汞材料4的第一面平整度去损伤处理，其中Hgl_xCdxTe中x=0.23，液氮温度下，迁移率约为5 X IO4Cm2/(V.S)，电子浓度约为lX1015cm_3。在其表面生长厚度为IOOnm的阳极氧化层3。步骤2:采用配制好的环氧树脂胶2将碲镉汞材料4已经处理完的一面与蓝宝石衬底I粘贴在一起，在一定的温度(约60°C)真空下加压充分固化，以保证胶层在一定的均匀厚度范围内，固化时间90mins左右，保证粘贴强度。步骤3:将第一面处理完的芯片用蜡贴在磨片玻璃板上，再通过真空硅片机将之压平(保证厚度差在3 μ m范围内)，对碲镉汞材料的另一面作减薄去损伤处理，最终把碲镉汞材料4的厚度控制在11 μ m，然后再生长IOOnm的阳极氧化层3，在整个材料表面范围内，要保证厚度的均匀性。步骤4:材料清洗，将材料分别放入三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙醇中用棉花拖洗，每步清洗I分钟，清洗后用N2吹干；步骤5:在碲镉汞材料4表面的阳极氧化层3上进行第一次光刻，在光刻出的图形上采用磁控溅射的方法生长ZnS钝化层6，厚度200nm。完成后进行浮胶处理。步骤6:进行第二次光刻，光刻出四个霍尔电极的电极孔，生长将样品置于HF酸缓冲液中浸泡3s后迅速取出，清除表面氧化物，N2吹干，烘箱(60°C)烘烤20分钟后，采用离子束溅射镀膜机依次生长厚度20nm Cr欧姆接触电极和厚度300nm Au电极作霍尔电极5，完成之后进浮胶处理。步骤7:进行第三次光刻，光刻出栅电极孔，等离子去除没有完全曝光的光刻胶后在离子束溅射镀膜机中生长厚度IOnm的In电极7作为透明栅电极。完成之后进行浮胶处理。步骤8:进行第四次光刻，光刻出透明栅电极加厚电极图形，采用离子束溅射镀膜机生长厚度300nm的Au电极作栅电极加厚电极8。完成后进行浮胶处理。步骤9:进行第五次光刻，用光刻胶保护器件图形，进行氩离子刻蚀图形并保证刻蚀彻底。步骤10:刻蚀完成后的器件不要进行浮胶处理，采用直径200 μ m金钢石切割刀头进行器件划片操作，未浮起的光刻胶起保护器件的作用。完成后再进行浮胶处理。步骤11:器件焊接、封装、测试，霍尔电极采用键压焊接，栅透明电极则采用铟球焊接，以防压穿下面的ZnS层，完成器件的制备工作后进行一系列的测试，包括施加栅压条件下的变温变磁场霍尔测试、响应率、探测率测试等，从而筛选分析出器件性能达到最优时的器件参数及所需工艺条件。
权利要求
1.一种用于霍尔测试的碲镉汞栅控结构光导探测器，其结构为:蓝宝石衬底(I)上依次为把η型碲镉汞材料(4)粘结在衬底上的环氧树脂胶(2)、双面具有阳极氧化层(3)的η型碲镉汞材料(4)和ZnS钝化层(6)，透明栅电极(7)位于ZnS钝化层(6)上，在透明栅电极(7)上生长有加厚电极(8)，4个霍尔电极(5)位于η型碲镉汞材料(4)上；其特征在于: 所述的蓝宝石衬底(I)的厚度为280 μ m ; 所述的阳极氧化层(3),厚度为80-1OOnm ; 所述的η型碲镉汞材料(4)的电子浓度为I X IO13CnT3至I X 1015cm_3，经双面粗、精抛处理，厚度为10-15ym ； 所述的霍尔电极(5)为Cr和Au复合电极，Cr厚度为20nm，Au厚度为300nm ； 所述的ZnS钝化层(6)的厚度为200-300nm ； 所述的透明栅电极(7)为In电极,厚度为IOnm ； 所述的加厚电极(8)为Au电极，厚度为300nm。
2.根据权利要求1所述的一种用于霍尔测试的碲镉汞栅控结构光导探测器，其特征在于:所述的4个霍尔电极(5)为方形，分布在器件的四个角上，电极尺寸小于器件光敏面边长的1/6。
全文摘要
本发明公开了一种用于霍尔测试的碲镉汞栅控结构光导探测器，其结构包括衬底，此衬底为蓝宝石片；碲镉汞材料，该材料经双面粗、精抛处理后生长阳极氧化层；环氧树脂胶，此胶用作把碲镉汞材料与衬底粘结在一起；ZnS钝化层，该层起钝化材料表面和增透的双重作用；霍尔电极，此电极前后共四个，生长在碲镉汞材料上，用作霍尔测试和器件性能测试的信号引出电极；透明栅电极，该电极生长在ZnS钝化层上，通过此电极对器件施加栅压；加厚电极，此电极生长在透明栅电极上。该结构的探测器在器件性能测试和霍尔测试过程中均可施加栅压，获得器件性能最优时所需的栅压、材料载流子浓度、迁移率等电学参数条件，极大缩短器件的研制进程。
文档编号H01L31/112GK103165724SQ201310100349
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者徐鹏霄, 张可锋, 李向阳, 刘新智, 赵水平, 朱龙源, 刘福浩, 张立瑶 申请人:中国科学院上海技术物理研究所