一种红外光敏二极管及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种红外光敏二极管，包括：硅衬底、第一陶瓷纤维层、第一电阻薄膜层、硫化锌层、碲镉汞层、第二电阻薄膜层、第二陶瓷纤维层、第一钝化保护层、第一电极、第二电极。第一电极的电极连接部依次穿过所述第一钝化保护层、所述第二陶瓷纤维层、所述碲镉汞层、所述硫化锌层与所述第一电阻薄膜层连接，所述第二电极的电极连接部依次穿过所述第一钝化保护层、所述第二陶瓷纤维层与所述第二电阻薄膜层连接。本发明的红外光敏二极管的制备方法结合了传统硅基技术上的大规模集成电路制造、以及先进的红外探测器原理，该红外二极管集成度高、加工成本低、稳定性好、工艺可靠性好。
【专利说明】
_种红外光敏二极管及其制备方法
技术领域
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[0001]本发明属于电子元器件技术领域，具体是涉及一种红外光敏二极管及其制备方法。
【背景技术】
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[0002]光敏二极管(Photod1de)又叫光电二极管，是一种能够将光根据使用方式转换为电流或者电压信号的光探测器。其管芯常使用一个具有光敏特征的PN结，对光的变化非常敏感，具有单向导电性，而且光强不同的时候会改变电学特性，因此，可以利用光照强弱来改变电路中的电流。光敏二极管与常规的半导体二极管基本相似，只是光敏二极管可以直接暴露在光源附近或通过透明小窗、光导纤维封装，以接收光线照射，实现光电转换。光敏二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流;有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。
[0003]现有的光敏二极管主要采用硅等半导体材料作为衬底，然后在衬底上依次设置多层光敏材料和导电材料，但是，现有的光敏二极管通常是在可见光或近红外光波段作探测使用。碲镉汞(HgCdTe)红外探测器其相应波段在5?10um，探测率可达l*109cmHzV2W—S响应速度快(ns级)，稳定性好，加工成本低，工艺可靠性好，最大特点是可以进行长波红外探测，其在单独器件方面得到了较好的应用，但是在硅基的大规模集成电路上红外光敏二极管的应用少见。
【发明内容】
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[0004]为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的光敏二极管通常是在可见光或近红外光波段作探测使用，从而提出了一种红外光敏二极管及其制备方法。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0006]—种红外光敏二极管，包括:硅衬底、第一陶瓷纤维层、第一电阻薄膜层、硫化锌层、碲镉汞层、第二电阻薄膜层、第二陶瓷纤维层、第一钝化保护层、第一电极、第二电极。
[0007]所述第一陶瓷纤维层设置在所述硅衬底的表面，所述第一陶瓷纤维层的表面并列设置有所述第一电阻薄膜层和所述硫化锌层，所述硫化锌层的表面设置有所述碲镉汞层，所述碲镉汞层的表面并列设置有所述第二陶瓷纤维层和所述第二电阻薄膜层，所述第二陶瓷纤维层的上方设置有所述第一钝化保护层，所述第一电极的电极连接部依次穿过所述第一钝化保护层、所述第二陶瓷纤维层、所述碲镉汞层、所述硫化锌层与所述第一电阻薄膜层连接，所述第二电极的电极连接部依次穿过所述第一钝化保护层、所述第二陶瓷纤维层与所述第二电阻薄膜层连接。
[0008]作为上述技术方案的优选，所述第一电极的电极连接部和所述第二电极的电极连接部外部均包覆有竖直方向的第二钝化保护层。
[0009]作为上述技术方案的优选，所述第一钝化保护层和所述第二钝化保护层为氧化硅薄膜层或氮化硅薄膜层或氮氧化硅薄膜层。
[0010]一种红外光敏二极管制备方法，包括如下步骤:
[0011 ] SI:在硅衬底的表面旋涂凝胶可织性溶胶，高温煅烧所述凝胶可织性溶胶形成第一陶瓷纤维层。
[0012]S2:在所述第一陶瓷纤维层的表面沉积电阻薄膜层，在所述电阻薄膜层的上方旋涂第一光刻胶，干法刻蚀获取第一电阻薄膜层，去除残留光刻胶。
[0013]S3:在所述第一电阻薄膜层的表面和所述第一陶瓷纤维层的表面制备硫化锌层，在所述硫化锌层的表面制备碲镉汞层。
[0014]S4:在所述碲镉汞层的表面沉积电阻薄膜层，在所述电阻薄膜层的上方旋涂第二光刻胶，干法刻蚀获取第二电阻薄膜层，去除残留光刻胶。
[0015]S5:在所述第二电阻薄膜层的表面和所述碲镉汞层表面旋涂凝胶可织性溶胶，高温煅烧所述凝胶可织性溶胶形成第二陶瓷纤维层。
[0016]S6:在所述第二陶瓷纤维层的表面沉积第一钝化保护层，在所述第一钝化保护层的上方旋涂第三光刻胶，干法刻蚀通孔停止在所述第一电阻薄膜层和所述第二电阻薄膜层，形成第一通孔和第二通孔。
[0017]S7:在所述第一通孔的表面、所述第二通孔的表面和所述第一钝化保护层的表面采用化学气相沉积的方法沉积第二钝化保护层，干法刻蚀获取第一电极和所述第一电阻薄膜层的第一连接孔、第二电极和所述第二电阻薄膜层的第二连接孔。
[0018]S8:在所述第一连接孔的表面、所述第二连接孔的表面和所述第一钝化保护层的表面沉积导电材料，形成电极层，在所述电极层的表面旋涂第四光刻胶，干法刻蚀获取第一电极、第一电极连接部、第二电极、第二电极连接部，去除残留光刻胶。
[0019]S9:切割划片区域，获取单个红外光敏二极管。
[0020]作为上述技术方案的优选，步骤SI和步骤S5中:
[0021 ]所述凝胶可织性溶胶为沉积氧化铝的铝氧凝胶可织性溶胶。
[0022]作为上述技术方案的优选，将六水合氯化铝g、正硅酸四乙酯.ml、异丙醇铝.g、无水乙醇ml、冰醋酸.ml、盐酸ml、聚乙烯吡咯烷酮.g加去离子水搅拌至透明获取所述铝氧凝胶可织性溶胶。
[0023]作为上述技术方案的优选，步骤S2和步骤S4中:
[0024]所述第一电阻薄膜层和所述第二电阻薄膜层为采用物理气相沉积成分比例为:的CrNi合金。
[0025]作为上述技术方案的优选，步骤S3中:
[0026]制备硫化锌层采用的方法为化学气相沉积方法、分子束外延方法、原子层沉积方法中的一种。制备碲镉汞层采用的方法为化学气相沉积方法、分子束外延方法、原子层沉积方法中的一种。
[0027]本发明的有益效果在于:本发明的红外光敏二极管的制备方法结合了传统硅基技术上的大规模集成电路制造、以及先进的红外探测器原理，该红外二极管集成度高、加工成本低、稳定性好、工艺可靠性好。
【附图说明】
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[0028]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中:
[0029]图1为本发明一个实施例的红外光敏二极管结构示意图；
[0030]图2为本发明一个实施例的硅衬底、第一陶瓷纤维层、电阻薄膜层制备示意图；
[0031 ]图3为本发明一个实施例的第一电阻薄膜层制备示意图；
[0032]图4为本发明一个实施例的硫化梓层、蹄锦萊层制备不意图；
[0033]图5、图6为本发明一个实施例的第二电阻薄膜层制备示意图；
[0034]图7为本发明一个实施例的第二陶瓷纤维层及第一钝化保护层制备结构示意图；
[0035]图8、图9为本发明一个实施例的第一通孔、第二通孔制备结构示意图；
[0036]图10、图11为本发明一个实施例的第一连接孔、第二连接孔制备结构示意图；
[0037]图12、图13为本发明一个实施例的第一电极、第二电极制备结构示意图；
[0038]图14为本发明一个实施例的单个红外光敏二极管制备结构示意图；
[0039]图15为本发明一个实施例的红外光敏二极管简化结构示意图；
[0040]图16为本发明一个实施例的红外光敏二极管电器元件图。
[0041]图中符号说明:
[0042]10-硅衬底，11-第一陶瓷纤维层，12-第一电阻薄膜层，13-硫化锌层，14-碲镉汞层，15-第二电阻薄膜层，16-第二陶瓷纤维层，17-第一钝化保护层，18-第一电极，19-第二电极，20-第二钝化保护层，1801-第一电极连接部，1802-第一通孔，1803-第一连接孔，1901-第二电极连接部，1902-第二通孔，1903-第二连接孔，30-第一光刻胶，31-第二光刻胶，32-第三光刻胶，33-第四光刻胶，401-划片区域。
【具体实施方式】
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[0043]实施例1
[0044]实施例1给出一种红外光敏二极管，需要说明的是:附图是本发明理想化实施例的示意图，其中各部分所示的形状和大小并不代表实际形状和尺寸。但其还是完整反映了区域与各个部分之间的相互位置，特别是组成部分之间的上下和相邻关系。
[0045]如图1所示，本发明的红外光敏二极管，包括:
[0046]硅衬底10、第一陶瓷纤维层11、第一电阻薄膜层12、硫化锌层13、碲镉汞层14、第二电阻薄膜层15、第二陶瓷纤维层16、第一钝化保护层17、第一电极18、第二电极19。
[0047]所述第一陶瓷纤维层11设置在所述硅衬底10的表面，所述第一陶瓷纤维层11的表面并列设置有所述第一电阻薄膜层12和所述硫化锌层13，所述硫化锌层13的表面设置有所述碲镉汞层14，所述碲镉汞层14的表面并列设置有所述第二陶瓷纤维层16和所述第二电阻薄膜层15，所述第二陶瓷纤维层16的上方设置有所述第一钝化保护层17，所述第一电极18的电极连接部1801依次穿过所述第一钝化保护层17、所述第二陶瓷纤维层16、所述碲镉汞层14、所述硫化锌层13与所述第一电阻薄膜层12连接，所述第二电极19的电极连接部1901依次穿过所述第一钝化保护层17、所述第二陶瓷纤维层16与所述第二电阻薄膜层15连接。所述第一电极18的电极连接部1801和所述第二电极19的电极连接部1901外部均包覆有竖直方向的第二钝化保护层20。
[0048]所述第一钝化保护层17和所述第二钝化保护层20为氧化硅薄膜层或氮化硅薄膜层或氮氧化硅薄膜层，本实施例中，选取所述第一钝化保护层17和所述第二钝化保护层20
为氧化硅薄膜层。
[0049]实施例2
[0050]实施例2用于简叙一下本发明的红外光敏二极管制备方法，需要说明的是:本发明可能通过很多种方法制备，以下所述的实施例
[0051]只是描述了一个由本发明所公开的柔性精密电阻器的制备方法中的部分工序。
[0052]本发明的红外光敏二极管制备方法，包括如下步骤:
[0053]S1:如图2所示，在硅衬底10的表面旋涂凝胶可织性溶胶，也可以是可形成其它的陶瓷纤维膜的凝胶，高温煅烧所述凝胶可织性溶胶形成第一陶瓷纤维层11。所述凝胶可织性溶胶为沉积氧化铝的铝氧凝胶可织性溶胶。其中铝氧凝胶可织性溶胶可以采用如下比例、方法配制:将六水合氯化铝3g、正硅酸四乙酯0.26ml、异丙醇铝4.6g、无水乙醇8ml、冰醋酸0.8ml、盐酸2ml、聚乙烯吡咯烷酮0.2g加去离子水搅拌至透明获取所述铝氧凝胶可织性溶胶，其中具体的比例可根据实际情况调整。高温煅烧所述凝胶可织性溶胶形成Q-Al2O3氧化铝第一陶瓷纤维层12，也可以是可形成其它成分的陶瓷纤维。可采用的高温煅烧方法可以是:先以2°C/min升温到600°C，保温120min，再以5°C/min升温到800°C，恒温120min，可得到γ -Al2O3纤维，然后直接将其放入1400C高温炉煅烧120min，可获得Ct-Al2O3陶瓷纤维；其中具体的工艺时间、温度可根据实际情况调整。
[0054]S2:如图3所示，在所述第一陶瓷纤维层11的表面沉积电阻薄膜层，在所述电阻薄膜层的上方旋涂第一光刻胶30，干法刻蚀获取第一电阻薄膜层12，去除残留光刻胶。所述第一电阻薄膜层12为采用物理气相沉积成分比例为50:50的CrNi合金。也可以是其它比例的如CrNiSiXrSi等多种可提供高精度、低温漂系数的金属或合金材料。
[0055]S3:如图4所示，在所述第一电阻薄膜层12的表面和所述第一陶瓷纤维层11的表面制备硫化锌层13，在所述硫化锌层13的表面制备碲镉汞层14。制备硫化锌层13采用的方法为化学气相沉积方法、分子束外延方法、原子层沉积方法中的一种。制备碲镉汞层14采用的方法为化学气相沉积方法、分子束外延方法、原子层沉积方法中的一种。
[0056]S4:如图5、图6所示，在所述碲镉汞层14的表面沉积电阻薄膜层，在所述电阻薄膜层的上方旋涂第二光刻胶31，干法刻蚀获取第二电阻薄膜层15，去除残留光刻胶。所述第二电阻薄膜层15为采用物理气相沉积成分比例为50:50的CrNi合金。
[0057]S5:如图7所示，在所述第二电阻薄膜层15的表面和所述碲镉汞层14表面旋涂凝胶可织性溶胶，高温煅烧所述凝胶可织性溶胶形成第二陶瓷纤维层16。所述第二陶瓷纤维层16的制备方法如步骤SI。
[0058]S6:如图8、图9所示，在所述第二陶瓷纤维层16的表面沉积第一钝化保护层17，在所述第一钝化保护层17的上方旋涂第三光刻胶32，干法刻蚀通孔停止在所述第一电阻薄膜层12和所述第二电阻薄膜层15，形成第一通孔1802和第二通孔1902。
[0059]S7:如图10、图11所示，在所述第一通孔1802的表面、所述第二通孔1902的表面和所述第一钝化保护层17的表面采用化学气相沉积的方法沉积第二钝化保护层20，干法刻蚀获取第一电极18和所述第一电阻薄膜层12的第一连接孔1803、第二电极19和所述第二电阻薄膜层15的第二连接孔1903。
[0060]S8:如图12、图13所示，在所述第一连接孔1803的表面、所述第二连接孔1903的表面和所述第一钝化保护层17的表面沉积导电材料，形成电极层，在所述电极层的表面旋涂第四光刻胶33，干法刻蚀获取第一电极18、第一电极连接部1801、第二电极19、第二电极连接部1901，去除残留光刻胶。
[0061]S9:如图14所示，切割划片区域401，获取单个红外光敏二极管。
[0062]如图15所示，该红外光敏二极管第一电极连接碲镉汞层(掺杂砷离子，N型)，第二电机连接硫化锌层(掺杂硼离子，P型)，其电器元件图如图16所示。
[0063]本实施例所述的一种红外光敏二极管，包括:硅衬底、第一陶瓷纤维层、第一电阻薄膜层、硫化锌层、碲镉汞层、第二电阻薄膜层、第二陶瓷纤维层、第一钝化保护层、第一电极、第二电极。第一电极的电极连接部依次穿过所述第一钝化保护层、所述第二陶瓷纤维层、所述碲镉汞层、所述硫化锌层与所述第一电阻薄膜层连接，所述第二电极的电极连接部依次穿过所述第一钝化保护层、所述第二陶瓷纤维层与所述第二电阻薄膜层连接。本发明的红外光敏二极管的制备方法结合了传统硅基技术上的大规模集成电路制造、以及先进的红外探测器原理，该红外二极管集成度高、加工成本低、稳定性好、工艺可靠性好。
[0064]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【主权项】
1.一种红外光敏二极管，其特征在于，包括:硅衬底(10)、第一陶瓷纤维层(11)、第一电阻薄膜层(12)、硫化锌层(13)、碲镉汞层(14)、第二电阻薄膜层(15)、第二陶瓷纤维层(16)、第一钝化保护层(17)、第一电极(18)、第二电极(19); 所述第一陶瓷纤维层(11)设置在所述硅衬底(10)的表面，所述第一陶瓷纤维层(11)的表面并列设置有所述第一电阻薄膜层(12)和所述硫化锌层(13)，所述硫化锌层(13)的表面设置有所述碲镉汞层(14)，所述碲镉汞层(14)的表面并列设置有所述第二陶瓷纤维层(16)和所述第二电阻薄膜层(15)，所述第二陶瓷纤维层(16)的上方设置有所述第一钝化保护层(17)，所述第一电极(18)的电极连接部(1801)依次穿过所述第一钝化保护层(17)、所述第二陶瓷纤维层(16)、所述碲镉汞层(14)、所述硫化锌层(13)与所述第一电阻薄膜层(12)连接，所述第二电极(19)的电极连接部(1901)依次穿过所述第一钝化保护层(17)、所述第二陶瓷纤维层(16)与所述第二电阻薄膜层(15)连接。2.根据权利要求1所述的红外光敏二极管，其特征在于: 所述第一电极(18)的电极连接部(1801)和所述第二电极(I9)的电极连接部(I901)外部均包覆有竖直方向的第二钝化保护层(20)。3.根据权利要求2所述的红外光敏二极管，其特征在于: 所述第一钝化保护层(17)和所述第二钝化保护层(20)为氧化硅薄膜层或氮化硅薄膜层或氮氧化硅薄膜层。4.一种红外光敏二极管制备方法，其特征在于，包括如下步骤: S1:在硅衬底(10)的表面旋涂凝胶可织性溶胶，高温煅烧所述凝胶可织性溶胶形成第一陶瓷纤维层(11); S2:在所述第一陶瓷纤维层(11)的表面沉积电阻薄膜层，在所述电阻薄膜层的上方旋涂光刻胶(30)，干法刻蚀获取第一电阻薄膜层(12)，去除残留光刻胶； S3:在所述第一电阻薄膜层(12)的表面和所述第一陶瓷纤维层(11)的表面制备硫化锌层(13)，在所述硫化锌层(13)的表面制备碲镉汞层(14); S4:在所述碲镉汞层(14)的表面沉积电阻薄膜层，在所述电阻薄膜层的上方旋涂光刻胶(31)，干法刻蚀获取第二电阻薄膜层(15)，去除残留光刻胶； S5:在所述第二电阻薄膜层(15)的表面和所述碲镉汞层(14)表面旋涂凝胶可织性溶胶，高温煅烧所述凝胶可织性溶胶形成第二陶瓷纤维层(16); S6:在所述第二陶瓷纤维层(16)的表面沉积第一钝化保护层(17)，在所述第一钝化保护层(17)的上方旋涂光刻胶(32)，干法刻蚀通孔停止在所述第一电阻薄膜层(12)和所述第二电阻薄膜层(15)，形成第一通孔(1802)和第二通孔(1902); S7:在所述第一通孔(1802)的表面、所述第二通孔(1902)的表面和所述第一钝化保护层(17)的表面采用化学气相沉积的方法沉积第二钝化保护层(20)，干法刻蚀获取第一电极(18)和所述第一电阻薄膜层(12)的第一连接孔(1803)、第二电极(19)和所述第二电阻薄膜层(15)的第二连接孔(1903); S8:在所述第一连接孔(1803)的表面、所述第二连接孔(1903)的表面和所述第一钝化保护层(17)的表面沉积导电材料，形成电极层，在所述电极层的表面旋涂光刻胶(33)，干法刻蚀获取第一电极(18)、第一电极连接部(1801)、第二电极(19)、第二电极连接部(1901)，去除残留光刻胶； S9:切割划片区域(401)，获取单个红外光敏二极管。5.根据权利要求4所述的红外光敏二极管制备方法，其特征在于，步骤SI和步骤S5中: 所述凝胶可织性溶胶为沉积氧化铝的铝氧凝胶可织性溶胶。6.根据权利要求5所述的红外光敏二极管制备方法，其特征在于: 将六水合氯化招3g、正娃酸四乙酯0.26ml、异丙醇招4.6g、无水乙醇8ml、冰醋酸0.8m1、盐酸2ml、聚乙烯吡咯烷酮0.2g加去离子水搅拌至透明获取所述铝氧凝胶可织性溶胶。7.根据权利要求4所述的红外光敏二极管制备方法，其特征在于，步骤S2和步骤S4中: 所述第一电阻薄膜层(12)和所述第二电阻薄膜层(15)为采用物理气相沉积成分比例为50:50的CrNi合金。8.根据权利要求4所述的红外光敏二极管制备方法，其特征在于，步骤S3中: 制备硫化锌层(13)采用的方法为化学气相沉积方法、分子束外延方法、原子层沉积方法中的一种;制备碲镉汞层(14)采用的方法为化学气相沉积方法、分子束外延方法、原子层沉积方法中的一种。
【文档编号】H01L31/18GK105870243SQ201610303707
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】彭坤, 刘开锋, 刘红元
【申请人】苏州智权电子科技有限公司