专利名称：碲镉汞红外探测器微小光敏元芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光电探测器中的一种碲镉汞红外探测器，具体涉及碲镉汞红外探测器微小光敏元芯片。
背景技术：
碲镉汞红外探测器是先进红外遥感仪器中重要的传感器件之一。在1-15微米红外响应波段有相当高的灵敏度，因此在国防，工业和民用领域有广泛而重要的应用。在航天红外遥感系统中，为了提高仪器的空间分辨率，要求其探测光敏元的尺寸微小型化。然而，对于设计要求碲镉汞红外探测器光敏元的长度(由聚焦点像面积决定)小于材料响应波长的扩散长度，同时还要保证信号的响应时间和信号/噪音比，高性能微小光敏元的制作就成为了器件制备的关键技术。响应3-5微米中波红外的材料一般具有300微米的扩散长度，对于尺寸大于300微米的光敏元芯片，通过抛光、腐蚀、阳极氧化就能达到高信号/噪音比的技术要求。而对于小于300微米光敏元的芯片，即使只加载很小的偏置电压，光激发产生的少数载流子也会在电场的作用下很快漂移到电极区，出现“扫出效应”，从而减少相应的有效寿命，影响器件性能的提高。因此，对微小光敏元的器件来说，原来的设计方案已不适应，必需提出一种新的设计方案。
发明内容
为了获得高性能并满足工程设计要求的碲镉汞红外探测器微小光敏元芯片，本实用新型的设计方案是通过增加绝缘层并使电极区域延伸到少数载流子扩散长度之外，从而延长光生载流子在碲镉汞材料体内的维持时间，增加其有效寿命，提高器件的性能，光敏元的尺寸通过绝缘层上方的金属膜来限制，金属膜从绝缘层一直延伸到碲镉汞材料上，这样金属膜既起到了限制了光敏元的尺寸又可作为引出电极用。
本实用新型的一种碲镉汞红外探测器微小光敏元芯片包括白宝石衬底1，通过环氧胶固定在白宝石衬底上的碲镉汞材料2，在碲镉汞材料表面生有一层氧化层3，再在氧化层上溅射一层二氧化硅层4，二氧化硅层的厚度为1-3微米。在二氧化硅层上，在微小光敏元以外的区域蒸镀一层金属膜6，金属膜从二氧化硅层一直延伸到碲镉汞材料上，并在两侧边金属膜上引出输出信号电极7，在没有金属膜的区域就构成了一个微小光敏元5，微小光敏元的尺寸根据需用而定。见图1。
二氧化硅对波段为3-5微米的红外光几乎没有吸收，可以当作全透过。当一束波长为3-5微米的红外光通过二氧化硅和碲镉汞氧化层射入碲镉汞材料时，在偏置电压的作用下，就产生了信号电流。原来如果没有二氧化硅层，少数载流子会透过碲镉汞氧化层扩散到金属膜，减少相应的有效寿命，产生明显的“扫出效应”。现在，因为二氧化硅具有很好的绝缘性，少数载流子无法穿透二氧化硅层而在碲镉汞材料中有足够的时间和距离来维持，从而提高器件的性能。另外，由于二氧化硅有很高的硬度，因此能够很好的保护其下的碲镉汞氧化层和碲镉汞材料不受机械破坏。
图1为碲镉汞红外探测器微小光敏元芯片结构示意图。
具体实施方式
本实用新型采用白宝石片作为衬底1，通过环氧胶把碲镉汞材料2固定在白宝石片上。然后对碲镉汞材料进行阳极氧化，在其上面形成一层氧化层3，再在氧化层上溅射生长二氧化硅层4，二氧化硅层的厚度为1微米。根据探测器的响应波长为3-5微米的中波红外材料的扩散长度，确定氧化层3和二氧化硅层4的长度。通过光刻、腐蚀的方法显露出碲镉汞材料2，在二氧化硅层上，在光敏元以外的区域蒸镀一层金属膜6，金属膜从二氧化硅层一直延伸到碲镉汞材料上，并在两侧面引出输出信号的电极7。在没有金属膜的区域就构成了一个光敏元5，光敏元5的大小为80×80微米。这样就制造出了一个具有二氧化硅叠层的碲镉汞红外探测器微小光敏元芯片，其结构如附图1所示。
权利要求1.一种碲镉汞红外探测器微小光敏元芯片，包括白宝石衬底(1)，通过环氧胶固定在白宝石衬底上的碲镉汞材料(2)，在碲镉汞材料(2)表面生有一层氧化层(3)，其特征在于氧化层上溅射有一层二氧化硅层(4)，二氧化硅层的厚度为1-3微米，再在二氧化硅层上方，在微小光敏元(5)以外的区域蒸镀一层金属膜(6)，金属膜从二氧化硅层一直延伸到碲镉汞材料上，并在两侧面金属膜上置有输出信号电极(7)。
专利摘要本实用新型公开了一种碲镉汞红外探测器微小光敏元芯片，芯片由白宝石衬底上固定的碲镉汞材料，在碲镉汞材料表面依次生成氧化层和二氧化硅层，再在二氧化硅层上方，在微小光敏元以外的区域蒸镀一层金属膜组成。所说的微小光敏元的大小根据需要而定。本实用新型的特点是通过增加绝缘层并使电极区域延伸到少数载流子扩散长度之外，来延长光生载流子在碲镉汞材料体内的维持时间，增加其有效寿命，从而提高了器件的性能。该器件特别适用于高空间分辨率的航天红外遥感仪器。
文档编号G01J1/02GK2529386SQ01255189
公开日2003年1月1日 申请日期2001年12月7日 优先权日2001年12月7日
发明者王平, 朱龙源, 刘诗嘉, 陈新禹, 李向阳 申请人:中国科学院上海技术物理研究所