【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于紅外探測器芯片制造，特別是一種探測器芯片材料性能和工藝能力的驗證器件。
技術介紹
1、紅外探測器在航空航天、精確制導、夜視成像、醫學影像及氣體探測分析等多個領域都有廣泛的應用。紅外探測器芯片作為紅外探測系統的核心組成部分，其性能指標和工藝能力的水平對于紅外探測制造至關重要。
2、探測器芯片的制備方法通常為材料和材料結構的選擇—芯片結構設計—光刻刻蝕—芯片鈍化—光刻開電極窗口—金屬化電極制備等。在材料和材料結構方面分為p-n結構如hgcdte、insb、nbp結構（n型-勢壘-p型）、pin結構(p型-本征-n型）及超晶格inas/gasb結構等材料結構，根據探測器應用的響應波段和芯片工作溫度等來確定采用哪種半導體材料。
3、芯片的結構設計包括：光敏面的元數如：單元、多元、線列或面陣，光敏元的大小和光敏元之間的中心距等，一般通過光刻板的設計實現所需的芯片結構；根據芯片結構和工藝的要求通常采用多次光刻和刻蝕，包括：光敏面圖形光刻和光敏面臺面刻蝕，刻蝕分濕法和干法刻蝕，不管哪種刻蝕方法都要求所刻蝕的光敏面側面整齊、光滑及無殘留。探測器芯片鈍化工藝通常采用等離子增強的化學氣相沉積（pecvd）生長的sio2和si3n4，原子層沉積（ald）生長的al2o3，濺射zns等，或者采用陽極化+上述薄膜介質，其主要目的是鈍化芯片表面的懸鍵，減小表面漏電流。電極制備工藝通常是真空熱蒸發的方法蒸鍍金屬電極，大都采用ti/pt/au或cr/au等，金屬化要求金屬與半導體界面有良好的歐姆接觸。
4、以往
技術實現思路
1、探測器芯片材料性能和工藝能力的驗證器件，在gasb襯底上生長的（n型-勢壘-p型）nbp疊層結構，其中n型層為si摻雜的inassb，吸收層為非主動摻雜的inassb，勢壘層（b）為alassb，p型層為be摻雜的inassb紅外探測器材料，經過多次光刻和不同深度的腐蝕實現以下功能區域和相應的結構，此光刻和腐蝕方法與常用的紅外探測器制備方法相當，是該領域技術人員已有技術。其中有一點不同是電容-電壓（c-v）特性測試的區域要將金屬-絕緣層-半導體（mis）結構做在紅外探測器材料的吸收層表面。
2、本專利技術集成了包括：大小不同光敏元面積的芯片結構；多個金屬-絕緣層-半導體結構且其中至少有一個mis結構中的電容面積是其它mis結構中的電容面積的1000-20000倍，該電容作為電容-電壓特性測試時的公共電極；在n型電極層和p型電極層分別分布間隔不等的矩形電極所形成的傳輸線模型結構；多組光敏元且每組光敏元包括待測光敏元以及四個相同面積的相鄰光敏元，四個相鄰光敏元與待測光敏元之間的間距都相同，不同組光敏元中的所述間距不同，在每組光敏元中，金屬化層遮住四個相鄰光敏元，待測光敏元在小光點的照射下測試四個金屬化層屏蔽的相鄰光敏元的響應，四個相鄰光敏元中每個光敏元的響應除以待測光敏元的響應就是串擾率。
3、在gasb襯底上采用分子束外延（mbe）方法或金屬有機化合物化學氣相沉積（movcd）方法生長的超晶格紅外探測器材料，采用的是nbp疊層結構，nbp疊層結構包括沿襯底至表層方向依次生長的p型層、吸收層、勢壘層、n型層，其中，n型層為si摻雜的inassb，吸收層為非主動摻雜的inassb，勢壘層（b）為alassb，p型層為be摻雜的inassb。本驗證器件中的電極層均采用電子熱蒸發方法制備的cr/au,鈍化層采用的是化學氣相沉積（cvd）方法制備的si3n4。
4、用于測試i-v特性的大小不同光敏元面積的芯片結構是多個正方形光敏元組成且光敏元邊長為15μm×15μm—2000μm×2000μm。i-v特性測試是通過p型層總電極和每個光敏元上的n型電極之間獲得其曲線，從而獲得隨電壓不同而測得的暗電流等。
5、用來表征芯片表面鈍化工藝效果的可測c-v特性的mis（金屬-絕緣層-半導體）結構為大小不同的圓形或正方形的電容，其中至少有一個mis結構中的電容面積是其它mis結構中的電容面積的1000-20000倍，該電容作為c-v特性測試時的公共電極，為大面積電容，其他電容為小面積電容。理論上講，該大面積電容要遠遠大于其它小面積電容，本專利技術推薦該大面積電容的面積是其它小面積電容的面積的1000—20000倍。該大面積電容與其它小面積電容是串聯關系，因此，大面積電容所測得的結果在實際應用中就近似等于小面積電容的結果。電容是在吸收層上鈍化和金屬化后光刻、腐蝕后形成的大小不同的mis結構。
6、表征探測器芯片n型電極層和p型電極層歐姆接觸的傳輸線模型結構，該模型結構為間隔不等的矩形電極分別分布在n型層和p型層，根據傳輸線模型理論可獲得表面接觸電阻。
7、表征屏蔽背景和非屏蔽背景輻射的光敏元結構是和上述表征i-v特性測試的芯片結構共用區域的，只是將測i-v特性的兩排光敏元并排布局，其中一排采用金屬層屏蔽，屏蔽層是由金屬化金屬層遮擋光敏面，屏蔽的一排光敏元所測得暗電流為芯片測試溫度所屏蔽的暗電流，相鄰的另一排光敏元為非屏蔽，所測得暗電流為環境背景輻射的暗電流。
8、表征光敏元之間電串擾的結構為多組光敏元，每組光敏元包括待測光敏元（中心光敏元）以及四個相同面積的相鄰光敏元，四個相鄰光敏元與待測光敏元之間的間距均相同；不同組光敏元中的上述間距不同；在每組光敏元中，金屬化層遮住四個相鄰光敏元，待測光敏元在小光點的照射下測試四個相鄰光敏元的響應，響應信號是通過p型層總電極和每個光敏元上的n型電極之間獲得，可獲得在不同間距下的電串擾響應數據，四個相鄰光敏元中每個光敏元的響應除以待測光敏元的響應就是串擾率。
9、該驗證器件表征的nbp疊層結構的紅外探測器材料既可以是分子束外延（mbe）方法生長也可以是金屬有機化合物氣相沉積（mocvd）方法生長的探測器材料。
10、該驗證器件的測試平臺為低溫變溫探針臺和包含i-v特性測試模塊、c-v特性測試模塊的半導體參數測試儀及紅外電輻射小光點生成系統。所使用的低溫變溫探針臺測試溫度范圍為20k-300k，通過變溫測試（溫度間隔20k）來表征不同溫度下的材料和器件特性。
11、測試結果和所獲測試數據的處理和分析與該領域技術人員常用的紅外探測器理論及器件性能分析方法相當。如：不同大小的光敏元的i-v特性測試可獲得在不同偏壓和不同溫度下與之對應的不同的暗電流、動態阻抗、漏電流，屏蔽與非屏蔽的光敏元可分別獲得低溫背景下和室溫環境溫度背景下的暗電流，通過大小不同光敏元的阻抗與光敏元面積的乘積建立與不同光敏元周長與面積之比就可以評估鈍化工藝的效果。
12、c-v特性測試可以分析芯片鈍化所形成的界本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種探測器芯片材料性能和工藝能力的驗證器件，其特征在于，在GaSb襯底上生長的nBp疊層結構的紅外探測器材料，集成了包括：大小不同光敏元面積的芯片結構；多個金屬-絕緣層-半導體結構且其中至少有一個金屬-絕緣層-半導體結構中的電容面積是其它電容面積的1000-20000倍，該電容作為電容-電壓特性測試時的公共電極；在n型電極層和p型電極層分別分布間隔不等的矩形電極所形成的傳輸線模型結構；多組光敏元且每組光敏元包括待測光敏元以及四個相同面積的相鄰光敏元，四個相鄰光敏元與待測光敏元之間的間距都相同，不同組光敏元中的所述間距不同，在每組光敏元中，金屬化層遮住四個相鄰光敏元，待測光敏元在小光點的照射下測試四個金屬化層屏蔽的相鄰光敏元的響應，四個相鄰光敏元中每個光敏元的響應除以待測光敏元的響應得到串擾率。
2.根據權利要求1所述的探測器芯片材料性能和工藝能力的驗證器件，其特征在于，所述的nBp疊層結構包括沿襯底至表層方向依次生長的p型層、吸收層、勢壘層、n型層，其中，n型層為Si摻雜的InAsSb，吸收層為非主動摻雜的InAsSb，勢壘層為AlAsSb，p型層為Be摻雜的In
3.根據權利要求1所述的探測器芯片材料性能和工藝能力的驗證器件，其特征在于，大小不同光敏元面積的芯片結構是由多個正方形光敏元組成且每個光敏元邊長為15μm×15μm—2000μm×2000μm。
4.根據權利要求1所述的探測器芯片材料性能和工藝能力的驗證器件，其特征在于，測電容-電壓特性的金屬-絕緣層-半導體結構為大小不同的圓形或正方形，在吸收層上鈍化和金屬化后光刻、腐蝕后形成的金屬-絕緣層-半導體結構。
5.根據權利要求1所述的探測器芯片材料性能和工藝能力的驗證器件，其特征在于，所述大小不同光敏元面積的芯片結構用于測試電流-電壓特性以及表征屏蔽背景和非屏蔽背景輻射，所述大小不同光敏元面積的芯片結構中的光敏元分為屏蔽和非屏蔽兩排，屏蔽層是由金屬化金屬層遮擋光敏面，屏蔽的一排光敏元所測得暗電流為芯片測試溫度所屏蔽的暗電流，相鄰的另一排光敏元為非金屬層屏蔽，所測得暗電流為環境背景輻射的暗電流。
6.根據權利要求1所述的探測器芯片材料性能和工藝能力的驗證器件，其特征在于，該驗證器件表征的nBp疊層結構的紅外探測器材料既可以是分子束外延方法生長也可以是金屬有機化合物氣相沉積方法生長的探測器材料。
7.根據權利要求1所述的探測器芯片材料性能和工藝能力的驗證器件，其特征在于，評價該驗證器件的測試平臺為低溫變溫探針臺和包含電流-電壓特性測試模塊、電容-電壓特性測試模塊的半導體參數測試儀及紅外電輻射小光點生成系統。
...【技術特征摘要】
1.一種探測器芯片材料性能和工藝能力的驗證器件，其特征在于，在gasb襯底上生長的nbp疊層結構的紅外探測器材料，集成了包括：大小不同光敏元面積的芯片結構；多個金屬-絕緣層-半導體結構且其中至少有一個金屬-絕緣層-半導體結構中的電容面積是其它電容面積的1000-20000倍，該電容作為電容-電壓特性測試時的公共電極；在n型電極層和p型電極層分別分布間隔不等的矩形電極所形成的傳輸線模型結構；多組光敏元且每組光敏元包括待測光敏元以及四個相同面積的相鄰光敏元，四個相鄰光敏元與待測光敏元之間的間距都相同，不同組光敏元中的所述間距不同，在每組光敏元中，金屬化層遮住四個相鄰光敏元，待測光敏元在小光點的照射下測試四個金屬化層屏蔽的相鄰光敏元的響應，四個相鄰光敏元中每個光敏元的響應除以待測光敏元的響應得到串擾率。
2.根據權利要求1所述的探測器芯片材料性能和工藝能力的驗證器件，其特征在于，所述的nbp疊層結構包括沿襯底至表層方向依次生長的p型層、吸收層、勢壘層、n型層，其中，n型層為si摻雜的inassb，吸收層為非主動摻雜的inassb，勢壘層為alassb，p型層為be摻雜的inassb；驗證器件中的電極層均采用cr/au,鈍化層采用的是化學氣相沉積方法制備的si3n4。
3.根據權利要求1所述的探測器芯片材料性能和工藝能力的驗證器件，其特征在于，大小不...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張傳杰，孫維國，
申請(專利權)人：浙江拓感科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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