【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及紫外探測和紅外探測的，具體涉及一種三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片。
技術介紹
1、紅外探測技術在通信、環境、天文、航空探測等多個領域都得到了廣泛應用，特別是國防領域。然而，由于實際應用環境的復雜性，以及紅外干擾技術的快速發展，對探測器的探測精度要求越來越高。將紅外探測和紫外探測集成能夠對雙波段輻射信息進行處理，有效地抑制背景的復雜度對探測器的影響，提高系統抗干擾能力和目標識別能力，降低在預警、搜索和跟蹤系統中的虛警率。紅外-紫外雙色集成探測器已成為探測器領域的主要發展方向之一。
2、實現紫外–紅外雙色集成探測器存在不同波段光敏材料的晶格不匹配，難以實現高質量光敏材料的直接疊層生長制備，以及集成后紅外探測系統性能弱等問題。已有的單片集成紫外–紅外雙色探測器多為單元器件，多數紫外探測基于寬禁帶半導體實現，紅外探測則由量子點、量子阱、超晶格、窄帶隙二維材料(如石墨烯)等低維材料實現，不使用常規紅外光敏材料，從而避開紫外、紅外光敏材料晶格失配問題。但量子阱、超晶格材料工藝要求高、獲得缺陷少的高質量材料難度較大，而石墨烯等二維材料堆積方式、結構特性與制備工藝之間密切關聯，器件質量控制難度大，且紅外光吸收率低，在室溫下紅外響應較差，并且難以實現大規格陣列化。當前報道的紫外–紅外雙色焦平面陣列探測器結構由pt/cds紫外探測系統與與insb紅外焦平面探測系統垂直集成，只覆蓋中紅外波段，且尚未考慮信號輸出([1]李慶,白杰,呂衍秋,等.基于pt/cds與insb光伏型紫外—紅外焦平面探測器的雙色探測機理(英文)[
3、因此，目前報道的紫外–紅外雙色探測器多為單元器件，沒有有效陣列化，且存在工藝難度大、集成后紅外探測系統性能弱等問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片，解決了現有的紫外–紅外雙色集成探測器沒有有效陣列化、以及紅外探測部分性能弱的問題，克服了不同波段光敏材料直接疊層生長難以獲得高質量材料的困難。
2、為實現上述目的，本專利技術的技術方案是：
3、一種三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片，包括紫外探測層，襯底，紅外探測層，填充膠以及讀出電路，紫外探測層和紅外探測層均為平面結構；
4、紫外探測層制備在紅外探測層的背面，紫外探測層和紅外探測層之間設置襯底；紅外探測芯片的每個像素單元與紫外探測芯片的每個像素單元一一對應，每個紫外光敏元和紅外光敏元信號獨立輸出到紅外探測層一側的讀出電路。
5、紫外探測層與紅外探測層之間共用的襯底是硅晶體材料，紅外探測層與紫外探測層背靠背設置在襯底的兩個相對面上，紅外探測層采用背照射結構設置在襯底的一面，紫外探測層集成到襯底的另一面；紫外信號和紅外信號同時輸出到紅外探測層一側，讀出電路與紅外探測層之間通過填充膠接固定。
6、紅外探測層包括多個紅外探測光敏元以及紅外探測層的紅外公共電極，每個紅外探測光敏元由紅外單元電極、n型碲鎘汞、p型碲鎘汞區域構成；紅外公共電極位于p型碲鎘汞區域。
7、紫外探測層包括多個紫外探測光敏元以及紫外探測層的紫外公共電極，每個紫外探測光敏元由紫外單元電極、p型氧化鎵、n型氧化鎵區域構成；紫外公共電極位于n型氧化鎵區域。
8、紅外探測層與紫外探測層通過開孔方式制備金屬電極，金屬電極包括紫外單元電極、紫外公共電極、紅外單元電極和紅外公共電極；每個紅外光敏元和紫外光敏元直接獨立地連接到紅外探測層一側的讀出電路，實現紅外光敏元和紫外光敏元一對一信號輸出。
9、紫外單元電極連接p型氧化鎵區域和讀出電路，紫外單元電極與紅外探測層中間以第一絕緣層隔離；紫外公共電極連接n型氧化鎵區域和讀出電路，紫外公共電極與紅外探測層中間以第二絕緣層隔離。
10、紅外單元電極連接n型碲鎘汞區域和讀出電路，紅外單元電極與p型碲鎘汞區域由第三絕緣層隔離；紅外公共電極連接p型碲鎘汞區域和讀出電路。
11、紫外探測層的p型氧化鎵區域與紅外探測層的n型碲鎘汞區域在襯底的兩面錯位設置，并在金屬電極開孔處一一對應，相對應的單個紫外探測光敏元的p型氧化鎵區域的面積與單個紅外探測光敏元的n型碲鎘汞區域面積相同。
12、p型氧化鎵區域和n型碲鎘汞區域的中心位錯與n型碲鎘汞區域的直徑相同。
13、紅外探測層為背照射紅外探測器，其光吸收材料為碲鎘汞，碲鎘汞的厚度為1-15μm，單個紅外光敏元的n型碲鎘汞區域的面積與光敏元中心間距相適應，n型碲鎘汞區域的直徑是15-50μm；襯底的硅晶體材料的厚度為5-20μm。
14、紫外探測層為正面照射紫外探測器，其光吸收材料為氧化鎵，氧化鎵的厚度為30-500nm，單個紫外光敏元的p型氧化鎵區域直徑是15-50μm。
15、本專利技術的優點在于：1、采用相對獨立的結構，在背照射型碲鎘汞紅外探測器背面集成紫外探測器，紫外探測層和紅外探測分別在基底兩側制備，降低了材料生長難度；2、結合環孔技術將光電信號直接輸出到讀出電路，避免了倒焊工藝；3、利用環孔工藝，實現紫外和紅外光敏元一對一獨立輸出到同一側的讀出電路，進而實現紫外/紅外探測器的高度集成；4、紫外光敏材料采用氧化鎵，可較低溫度生長高質量薄膜，且在低溫下仍然具有較好的紫外探測性能，與碲鎘汞紅外探測器低制備溫度和低工作溫度兼容，使系統可在低溫下工作，避免集成后紅外探測模塊在室溫下性能急劇下降。
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1.一種三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片，包括紫外探測層(1)，襯底(2)，紅外探測層(3)，填充膠(4)以及讀出電路(5)，紫外探測層(1)和紅外探測層(3)均為平面結構；其特征在于：
2.根據權利要求1所述的三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片，其特征在于：紫外探測層(1)與紅外探測層(3)之間共用的襯底(2)是硅晶體材料，紅外探測層(3)與紫外探測層(1)背靠背設置在襯底(2)的兩個相對面上，紅外探測層(3)采用背照射結構設置在襯底(2)的一面，紫外探測層(1)集成到襯底(2)的另一面；紫外信號和紅外信號同時輸出到紅外探測層(3)一側，讀出電路(5)與紅外探測層(3)之間通過填充膠(4)接固定。
3.根據權利要求2所述的三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片，其特征在于：紅外探測層(3)包括多個紅外探測光敏元以及紅外探測層(3)的紅外公共電極(304)，每個紅外探測光敏元由紅外單元電極(301)、n型碲鎘汞(302)、p型碲鎘汞(303)區域構成；紅外公共電極(304)位于p型碲鎘汞(303)區域。
4.根據權利要求3所述的三維堆疊的紫
5.根據權利要求4所述的三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片，其特征在于：紫外單元電極(101)連接p型氧化鎵(102)區域和讀出電路(5)，紫外單元電極(101)與紅外探測層(3)中間以第一絕緣層(6)隔離；紫外公共電極(104)連接n型氧化鎵(102)區域和讀出電路(5)，紫外公共電極(104)與紅外探測層(3)中間以第二絕緣層(7)隔離；
6.根據權利要求4所述的三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片，其特征在于：紫外探測層(1)的p型氧化鎵(102)區域與紅外探測層(3)的n型碲鎘汞(302)區域在襯底(2)的兩面錯位設置，并在金屬電極開孔處一一對應，相對應的單個紫外探測光敏元的p型氧化鎵(102)區域的面積與單個紅外探測光敏元的n型碲鎘汞(302)區域面積相同。
7.根據權利要求6所述的三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片，其特征在于：p型氧化鎵(102)區域和n型碲鎘汞(302)區域的中心位錯與n型碲鎘汞(302)區域的直徑相同。
8.根據權利要求3所述的三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片，其特征在于：紅外探測層(3)為背照射紅外探測器，其光吸收材料為碲鎘汞，碲鎘汞的厚度為1-15μm，單個紅外光敏元的n型碲鎘汞(302)區域的面積與光敏元中心間距相適應，n型碲鎘汞(302)區域的直徑是15-50μm；襯底(2)的硅晶體材料的厚度為5-20μm。
9.根據權利要求3所述的三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片，其特征在于：紫外探測層(1)為正面照射紫外探測器，其光吸收材料為氧化鎵，氧化鎵的厚度為30-500nm，單個紫外光敏元的p型氧化鎵(102)區域的直徑是15-50μm。
...【技術特征摘要】
1.一種三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片，包括紫外探測層(1)，襯底(2)，紅外探測層(3)，填充膠(4)以及讀出電路(5)，紫外探測層(1)和紅外探測層(3)均為平面結構；其特征在于：
2.根據權利要求1所述的三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片，其特征在于：紫外探測層(1)與紅外探測層(3)之間共用的襯底(2)是硅晶體材料，紅外探測層(3)與紫外探測層(1)背靠背設置在襯底(2)的兩個相對面上，紅外探測層(3)采用背照射結構設置在襯底(2)的一面，紫外探測層(1)集成到襯底(2)的另一面；紫外信號和紅外信號同時輸出到紅外探測層(3)一側，讀出電路(5)與紅外探測層(3)之間通過填充膠(4)接固定。
3.根據權利要求2所述的三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片，其特征在于：紅外探測層(3)包括多個紅外探測光敏元以及紅外探測層(3)的紅外公共電極(304)，每個紅外探測光敏元由紅外單元電極(301)、n型碲鎘汞(302)、p型碲鎘汞(303)區域構成；紅外公共電極(304)位于p型碲鎘汞(303)區域。
4.根據權利要求3所述的三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片，其特征在于：紅外探測層(3)與紫外探測層(1)通過開孔方式制備金屬電極，金屬電極包括紫外單元電極(101)、紫外公共電極(104)、紅外單元電極(301)和紅外公共電極(304)；每個紅外光敏元和紫外光敏元直接獨立地連接到紅外探測層(3)一側的讀出電路(5)，實現紅外光敏元和紫外光敏元一對一信號輸出。
5.根據權利要求4所述的三維堆疊的紫外–紅外雙色面陣探測芯片...
【專利技術屬性】
技術研發人員：葉振華，陳燕，李輝豪，王進東，廖清君，孫常鴻，彭志堅，符秀麗，李媛媛，吳昊，
申請(專利權)人：中國科學院上海技術物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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