专利名称：基于微动元调制 GaN HEMT 沟道电流的红外探测器的制作方法
技术领域：
本发明用于半导体光电子信息技术领域，具体涉及基于微动元调制GaN HEMT (氮化镓高电子迁移率晶体管)沟道电流的红外探测器。
背景技术：
目前热探测器型红外探测器优选发展方向是能在室温下工作，具有高探测率，高响应速度，有波长选择性，高可靠性，已集成阵列等方向，目前国际上提出了一系列压阻式、电容式及常规FET信号转换的红外探测器的结构，这些结构虽然在一定范围内取得了很大进展，可是各个结构仍然存在问题。问题一如附图I所示，是一种基于电子隧穿机制的微机械位移的高灵敏度、非致冷的隧穿红外传感器，但是这种探测器结构复杂工艺难度及成本较大。虽然Kaoru Yamashita等人在此基础上,直接以空气为红外吸收介质,并采用微电容探测方式，极大的降低了器件制备的工艺难度，但是同时也降低了探测率。问题二 除此之外其他研究小组还提出了 SiNx和Au构成的双悬臂梁MIRROR红外探测系统，可是该系统的参考光路的存在不利于集成。问题三基于二极管电流-电压温度特性的探测器需要进行电化学腐蚀，加大了阵列面积也增加了阵列设计的复杂程度。
发明内容
本发明的目的在于发明一种基于微动元调制GaN HEMT沟道电流的红外探测器，已达到解决上述三个问题的目的，从而实现GaN基力-电耦合红外探测器的高灵敏性和高可靠性。一种基于微动元调制GaN HEMT沟道电流的红外探测器，其特征在于所述探测器的结构依次包括GaN/AlGaN HEMT器件，微动元件，光波吸收辅助层，充气腔，衬底，吸收光波气体，窗口层；微动元件与HEMT沟道连接，充气腔内的吸收光波气体和光波吸收辅助层吸收光波后，发生形变，推动微动元件位移，微动元件的位移诱导GaN HEMT沟道电流变化，使光波信号转变成电信号被探测。所述的微动元件是微动隔膜或悬臂梁。所述光波吸收辅助层包括充气腔侧壁的光波反射层和充气腔顶部的吸能薄膜。所述吸收光波气体是氟乙烯气体。GaN材料是第三代宽禁带半导体材料代表之一，禁带宽度Eg为3. 49ev,本征载流子浓度低，所以温度变化时本征载流子浓度变化对器件影响大大减小。并且电子迁移率达2000cm2/V*s，因而可以制备高灵敏性的信号转换器件。且GaN/AlGaN材料很强的自发极化和压电极化使得GaN/AlGaN异质结界面在非故意掺杂的情况下，就可以产生IO15CnT2量级的2DEG。从相关的研究来看，自发极化和压电极化都可以提高2DEG的浓度和电子迁移率，因而当HEMT沟道层材料受到应力作用时必然导致压电极化的变化，并影响2DEG的浓度，最终导致沟道电流的变化，实现力学信号和光学信号的转换。本专利器件的主要工作机制如下微动元件与HEMT沟道连接，充气腔内的吸收光波气体和光波吸收辅助层吸收光波后，发生形变，推动微动元件位移，微动元件的位移诱导GaN HEMT沟道电流变化，使光波信号转变成电信号被探测，灵敏性较常规压阻式、电容式及常规FET信号转换的探测器有了很大提高。
附图I为本发明的基于微动元调制GaN HEMT沟道电流的红外探测器示意图11 HEMT 器件12微动元件13光波吸收辅助层131红外发射层 132吸能薄膜14充气腔15 衬底I6 窗口层
具体实施例方式具体的，上述HEMT器件，是GaN/AlGaN半导体材料制备的HEMT器件；所述微动隔膜是利用MEMS技术腐蚀形成气腔或者是悬臂梁结构；所述光波吸收辅助层中红外反射层为Al或者Ag，沉积于侧壁内侧；所述吸能薄膜为SiNx，X为4/3，以下同。生长于气腔顶部；所述吸收红外辐射的工作气体为氟乙烯；所述基于微动元调制GaN HEMT沟道电流的红外探测器的充气腔为棱台，圆台或者是立方体，棱台中倾角0° < 0 <90° ;同时可更换工作气体以及吸能薄膜可以改变工作波长，适应性强。探测率较国内其他同水平的高10% -100%，同时灵敏性也有了很大提高。实施例I :以GaN/AlGaN HEMT作为HEMT器件，以Al作为光波吸收辅助层中的红外反射层，以SiNx为吸能薄膜，棱台充气腔倾角0为45°为例，该器件由以下各部分组成GaN/AlGaNHEMT器件，微动元件，光波吸收辅助层，充气腔，衬底，吸收光波气体，窗口层组成的垂直型GaN基力-电耦合红外探测器。其制备过程如下I.首先利用扩散沉积工艺在具有GaN/AlGaN结构的Si/Al203片形成异质结，制备GaN/AlGaN异质结HEMT。对于Si衬底外延GaN方式，需要利用腐蚀Si留下GaN/AlGaN隔膜和HEMT即可；如果采用Al2O3衬底外延GaN/AlGaN，则需要通过磨抛加ICP刻蚀去掉Al2O3衬底。2.利用MEMS工艺在衬底上形成微动隔膜(悬空膜，Membrane)，隔膜作为HEMT沟道应力调制原件，充气腔倾角e为45°。3.隔膜内侧淀积吸能薄膜SiNx，棱台底部沉积红外反射层Al。4.在冲有氟乙烯气体的封装机内，利用玻璃窗口封闭充气腔。实施例2 以GaN/AlGaN HEMT作为HEMT器件，以Ag作为光波吸收辅助层中的红外反射层，以SiNx为吸能薄膜，棱台充气腔倾角0为45°为例，该器件由以下各部分组成GaN/AlGaNHEMT器件，微动元件，光波吸收辅助层，充气腔，衬底，吸收光波气体，窗口层组成的垂直型GaN基力-电耦合红外探测器。其制备过程如下I.首先利用扩散沉积工艺在具有GaN/AlGaN结构的Si/Al203片形成异质结，制备GaN/AlGaN异质结HEMT。对于Si衬底外延GaN方式，需要利用腐蚀Si留下GaN/AlGaN隔膜和HEMT即可；如果采用Al2O3衬底外延GaN/AlGaN，则需要通过磨抛加ICP刻蚀去掉Al2O3衬底。2.利用MEMS工艺在衬底上形成微动隔膜(悬空膜，Membrane)，隔膜作为HEMT沟道应力调制原件，充气腔倾角e为45°。3.隔膜内侧淀积吸能薄膜SiNx,棱台底部沉积红外反射层Ag。4.在冲有氟乙烯气体的封装机内，利用玻璃窗口封闭充气腔。实施例3:以GaN/AlGaN HEMT作为HEMT器件，以Al作为光波吸收辅助层中的红外反射层，以SiNx为吸能薄膜，圆台充气腔为例，该器件由以下各部分组成GaN/AlGaN HEMT器件，微动元件，光波吸收辅助层，充气腔，衬底，吸收光波气体，窗口层组成的垂直型GaN基力-电耦合红外探测器。其制备过程如下I.首先利用扩散沉积工艺在具有GaN/AlGaN结构的Si/Al203片形成异质结，制备GaN/AlGaN异质结HEMT。对于Si衬底外延GaN方式，需要利用腐蚀Si留下GaN/AlGaN隔膜和HEMT即可；如果采用Al2O3衬底外延GaN/AlGaN，则需要通过磨抛加ICP刻蚀去掉Al2O3衬底。2.利用MEMS工艺在衬底上形成微动隔膜(悬空膜，Membrane)，隔膜作为HEMT沟道应力调制原件，充气腔做成圆台腔体。3.隔膜内侧淀积吸能薄膜SiNx,圆 台底部沉积红外反射层Al。4.在冲有氟乙烯气体的封装机内，利用玻璃窗口封闭充气腔。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于微动元调制GaN HEMT沟道电流的红外探测器，其特征在于所述探测器的结构依次包括GaN/AlGaN HEMT器件，微动元件，光波吸收辅助层，充气腔，衬底，吸收光波气体，窗口层；微动元件与HEMT沟道连接，充气腔内的吸收光波气体和光波吸收辅助层吸收光波后，发生形变，推动微动元件位移，微动元件的位移诱导GaN HEMT沟道电流变化，使光波信号转变成电信号被探测。
2.如权利要求I所述的一种基于微动元调制GaNHEMT沟道电流的探测器，其特征应包括所述的微动元件是微动隔膜或悬臂梁。
3.如权利要求I所述的一种基于微动元调制GaNHEMT沟道电流的探测器，其特征应包括所述光波吸收辅助层包括充气腔侧壁的光波反射层和充气腔顶部的吸能薄膜。
4.如权利要求I所述的一种基于微动元调制GaNHEMT沟道电流的探测器，其特征应包括所述吸收光波气体是氟乙烯气体。
全文摘要
本发明用于半导体光电子信息技术领域，具体涉及一种基于微动元调制GaN HEMT沟道电流的红外探测器。其特征在于所述探测器的结构依次包括GaN/AlGaN HEMT器件，微动元件，光波吸收辅助层，充气腔，衬底，吸收光波气体，窗口层；微动元件与HEMT沟道连接，充气腔内的吸收光波气体和光波吸收辅助层吸收光波后，发生形变，推动微动元件位移，微动元件的位移诱导GaN HEMT沟道电流变化，使光波信号转变成电信号被探测。本发明实现GaN基力-电耦合红外探测器的高灵敏性和高可靠性。
文档编号G01J1/42GK102636261SQ201210130399
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者徐晨, 曹伟伟, 朱彦旭, 郭伟玲 申请人:北京工业大学