一种红外探测器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种红外探测器，属于半导体技术领域。
【背景技术】
[0002] 红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件，近年来红外探测 器技术得到迅速发展，但是大多数红外探测器需要在低温工作才能获得较高性能，如：锗 硅、铝镓砷等都要求在低温下使用，由于需要致冷使得红外系统体积大、笨重、价格昂贵和 不利于使用，影响了它们的广泛应用，因此致冷是红外探测器获得广泛应用的主要障碍。因 此，人们对室温工作的红外探测器展开了大量深入地研究，如今非致冷已经成为红外探测 领域的研究的热点之一。目前，在半导体光伏型红外探测器领域使用的主要材料有镓铟砷 GaInAs(中国发明专利CN104183658A)，镓铟砷磷GalnAsP、碲镉汞HgCdTe、铅盐化合物及 含锑化合物等半导体材料（中国实用新型专利CN203883014U)。但这类半导体元器件含 有大量的铅、汞、镉、镓、砷等各种对人体有害的物质，这些元素如果进入土壤随雨水渗到地 下就会污染水源，最终将危害人类的生存，也不利于半导体材料的可持续发展。目前，红外 探测技术存在的主要缺点是：（1)需要制造冷却系统，才能保证红外探测器正常工作；（2) 整个红外探测系统体积和重大；（3)探测系统的功耗高；（4)性价比低，而且使用极为不方 便；（5)含有对人体有害物质，不利于半导体材料的可持续发展。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的是：针对现有技术的缺陷，提供一种红外探测器，该装置所使用 的材料资源丰富、对环境负荷小，以克服现有技术的不足。
[0004] 本实用新型的技术方案
[0005] -种红外探测器，包括衬底，在衬底上表面设置Mg2Si薄膜，Mg2Si薄膜上表面连接 上电极，在衬底下表面设置下电极。
[0006] 前述的一种红外探测器中，在Mg2Si薄膜上表面镀一层减反射层，上电极穿过减反 射层。
[0007] 由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型由于是利用Mg2Si薄膜 的光电特性以及它可以在室温条件下工作、无需制冷的原理而制作的一种光电红外探测 器。与传统的低温制冷的光子型红外探测器比，这是一种不需要真空杜瓦瓶和制冷器的非 制冷红外探测器，解决了光子型红外探测器制造成本高、设备结构复杂，探测器可靠性差的 问题，同时体积小、重量轻，器件的功耗低，高性能价格比，而且使用方便，本实用新型探测 器对探测光的波长具有灵敏的选择作用，在较薄吸收层时获得较强的光吸收，特别是对波 长在1. 2~1. 8ym范围，提高了器件的量子效率和工作速度，降低器件暗电流，半导体Mg2Si 材料是由地球上资源寿命极长的Mg、Si元素组成，是一种环境友好半导体材料，Mg2Si薄膜 可以在Si衬底上外延生长，和传统的Si工艺兼容。本实用新型使用环境友好半导体材料 作为吸收层，有利于半导体材料的可持续发展，利用磁控溅射方法可以制备均匀、大面积薄 膜，本实用新型的红外探测器，对红外辐射的吸收系数可高达73%左右。
【附图说明】
[0008] 附图1是本实用新型结构示意图；
[0009] 附图2是本实用新型中Mg2Si薄膜的X射线衍射（XRD)测量结果示意图；
[0010] 附图3是本实用新型中Mg2Si薄膜表面的扫描电子显微镜（SEM)测量结果示意图
[0011] 附图4本实用新型中Mg2Si薄膜表面的扫描电子显微镜（SEM)测量结果示意图二
[0012] 附图5是本实用新型中Mg2Si薄膜的红外反射光谱测量结果示意图；
[0013] 附图6是本实用新型中Mg2Si薄膜的红外吸收光谱测量结果示意图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本实用新型用作进一步的详细说明，但不作为对本实用新型的任 何限制。
[0015] 本实用新型的实施例一：一种红外探测器的制备方法，该方法采用磁控溅射技术 在娃衬底上生长Mg2Si薄膜，然后在衬底下表面镀一层下电极，在Mg2Si薄膜上表面上镀一 层上电极。
[0016] 该方法的具体工艺步骤为：
[0017] 步骤一、清洗衬底，吹干后备用，具体为硅衬底依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中 超声清洗20min，然后烘干，送入磁控溅射系统的样品室，并对Si衬底表面进行反溅射离 子清洗，一方面去除附着在表面的杂质和氧化物，另一方面增加Si衬底表面的微观粗糙 度，提高薄膜在衬底表面的附着力；
[0018] 步骤二、溅射用Mg靶直径60mm、厚度为5mm。在溅射室里，往Si衬底上溅射沉 积Mg膜前，溅射清洗Mg靶表面10min，主要去除Mg靶表面的氧化层。
[0019] 步骤三、溅射沉积过程中，溅射室背底气压为2. 0xl0-5Pa，溅射功率为100W，氩气 (99. 999%纯度）流量20sccm，溅射气压为3.0Pa，溅射时间为30min，这样的沉积条件 下，溅射沉积Mg膜的厚度约380nm。溅射时衬底温度为室温。
[0020] 步骤四、将Mg/Si样品放入高真空退火炉中退火。退火炉背底气压为4. 0xl0_4Pa。 退火时气压保持在1. 5xl〇-2Pa，退火时间为4h，退火温度为400°C。
[0021] 步骤五、将退火后的样品再次放入磁控溅射室，在Mg2Sii薄膜上面溅射一层Si02 作为减反射层；
[0022] 步骤六、将退火后的样品放入电阻式热蒸发炉中，蒸发的背底气压为3. 0xl0_4Pa， 在样品的背面蒸发铝膜作为下接触电极，蒸发时间为l〇min，加热电流为70A;
[0023] 步骤七、在Mg2Si薄膜上面预留区域热蒸发Ag膜作为上电极，蒸发的背底气压为 3. 0xl0-4Pa，蒸发时间为lOmin，加热电流为100A。
[0024] 根据上述方法所构建的一种红外探测器，如附图1所示，包括硅衬底2,在硅衬底2 上表面设置Mg2Si薄膜3,Mg2Si薄膜3上表面连接上电极5,在硅衬底2下表面设置下电极 1，在Mg2Si薄膜3上表面镀一层减反射层4,上电极5穿过减反射层4。
[0025] 附图2所示为本实施本实用新型提出的Mg2Si薄膜的X射线衍射（XRD)测量结果。 结果表明，400 °C退火4小时得到的Mg2Si薄膜在24. 3°、40. 2°、47. 5°、58° 73.