基于GeSn红外探测器的红外夜视仪制造技术

本发明专利技术公开了一种基于GeSn红外探测器的红外夜视仪，主要解决现有红外夜视仪感光效率低的问题。其包括光学系统，探测器、信号处理器和显示器，其中探测器采用GeSn红外探测器，它包括衬底(1)、下电极(2)、吸收区(3)和上电极(4)，该吸收区(3)采用通式为Ge1-xSnx的GeSn材料，其中x为Sn的组分，且0≤x≤0.25。本发明专利技术利用在Ge元素中引入Sn元素形成的弛豫本征GeSn单晶，在减小禁带宽度减小的同时，使GeSn能带结构由间接带隙向直接带隙变化，从而实现感光频率提高，吸收边红移可调，提高了红外夜视仪的感光效率和吸收波长范围。

Infrared night vision instrument based on GeSn infrared detector

The invention discloses an infrared night vision instrument based on a GeSn infrared detector, which mainly solves the problem of low efficiency of the existing infrared night vision instrument. It consists of optical system, detector, signal processor and a display, wherein the detector using GeSn infrared detector, which comprises a substrate (1), a lower electrode (2), (3) absorption region and the upper electrode (4), the absorption region (3) using the formula Ge1-xSnx GeSn, where x is the Sn group points, and 0 = x = 0.25. The invention uses in the Ge element into Sn elements to form the relaxation of the intrinsic GeSn single crystal, in reducing the width of the gap decreases at the same time, can make GeSn by indirect bandgap to direct band gap changes with the structure, so as to realize the sensitive frequency increased, the red shift of absorption edge can be adjusted, improved infrared night vision photosensitive efficiency and absorption wavelength range.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
，特别涉及红外夜视仪，可用于气象，医疗，国防以及报警系统等。
技术介绍
红外热成像夜视仪又称为被动红外夜视仪，主要包括：光学系统、探测器、信号处理器和显示器，如图1所示。光学系统，采用常规的光聚集装置，主要用于处理物体所发出的红外线，以提高红外线强度；探测器，将由光学系统聚集的红外线光信号转化为电信号，实现红外图像的拍摄；信号处理器，包含DSP处理器和ARM处理器等，用于修复和识别红外图像，将数字信号转变为模拟信号，传送至输出端；显示器，优选彩屏高分辨率显示器，接收输出端的模拟信号，并呈现为图像信号。探测器，是红外夜视仪的核心部件，主要是通过半导体技术实现，其由上、下金属电极以及吸收区组成。目前，用于该谱段红外夜视仪的吸收区的半导体材料主要为III-V族材料InGaAs、GaInAsSb、InGaSb和II-VI材料HgCdTe。InGaAs材料在近红外波段性能优异，而HgCdTe材料的相关红外器件是目前性能最好的中红外器件，且可以通过调节材料中Hg的组分可以实现带隙0-0.8eV的连续可调。然而无论使用III-V族或者II-VI族材料，本身都会引起环境问题而且成本非常高。Ⅳ族元素无毒、环保且储量丰富，可用于改善上述Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族材料所面临的问题，且Ge元素在1.3-1.55μm波段范围内有较高的感光效率。但是由于Ge材料为间接带隙半导体材料，则制约了其感光效率的提升，从而限制了红外夜视仪的灵敏度与感光效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述问题，提供一种基于GeSn红外探测器的红外夜视仪，以提高红外夜视仪的灵敏度与感光效率。实现本专利技术目的的技术关键是：通过采用GeSn材料制备红外探测器，在使禁带宽度减小的同时，促使能带结构由间接带隙向直接带隙转变，从而实现感光频率提高。该红外夜视仪包括:光学系统，用于接收并聚集物体所发出的红外线，照射在探测器上；探测器，用于将聚集的红外线由光信号转化为数字电信号，传输给信号处理器；信号处理器，用于将数字电信号转变为模拟电信号，传输给显示器；显示器，接收模拟电信号，并以图像形式呈现；其特征在于：所述探测器采用GeSn红外探测器，它包括衬底、下电极、吸收区和上电极，该吸收区采用通式为Ge1-xSnx的GeSn材料，其中x为Sn的组分，且0≤x≤0.25。上述基于GeSn红外探测器的红外夜视仪，其特征在于：下电极、吸收区和上电极依次由下至上分布在衬底。上述基于GeSn红外探测器的红外夜视仪，其特征在于：衬底采用单晶Ge材料或其他单晶材料。上述基于GeSn红外探测器的红外夜视仪，其特征在于：信号处理器，是用DSP处理器和ARM处理器连接组成。上述于GeSn红外探测器的红外夜视仪，其特征在于：光学系统，核心为光学聚焦系统，其形式为混合式聚焦系统，即透射式和反射式混合而成。本专利技术具有如下优点：1、感光效率高，吸收边红移可调。本专利技术由于其探测器采用的GeSn材料，由于即在Ge材料中引入了Sn元素，因此使得GeSn材料的能带结构由从间接带隙结构向直接带隙结构转变，同时，禁带宽度逐步减小，扩大了吸收波长范围，提高了感光效率，从而提高了红外夜视仪的性能。2、成本低廉、无毒环保本专利技术中的探测器采用IV族材料，同现有的III-V族材料和II-VI材料相比，IV族材料无毒环保、价格低廉。附图说明图1为本专利技术的结构框图；图2为本专利技术中的探测器截面图；图3为本专利技术中探测器制造工艺流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参照图1，本实例包括：光学系统、探测器、信号处理器和显示器。其中：光学系统，用于聚集物体所发出的红外线，并将其放大。其核心是光学聚焦系统，优选混合式聚焦系统，即透射式和反射式混合而成，但不用于限定这两种；探测器，用于将聚集的红外线光信号转化为电信号，提高感应频率和吸收波长；信号处理器，优选但限定用DSP处理器和ARM处理器连接组成，用于修复和识别红外图像，将数字电信号转变为模拟电信号，传送至输出端；显示器，用于接收输出端信号，并以图像形式呈现，其优选彩屏高分辨率显示器。工作时，将光学系统置于探测器的前端，通过光学系统聚集物体所发出的红外线，并将其放大，照射在探测器上，通过探测器将红外线光信号转化为电信号，传输给信号处理器；信号处理器，将数字电信号转变为模拟电信号，并传输至输出端；最后，由显示器将输出端信号接收并以图像形式呈现。参照图2，本专利技术的红外探测器包括：衬底1、下电极2、吸收区3和上电极4，且从下至上依次分布，其中吸收区3，采用Sn组分为大于等于0小于等于0.25的GeSn材料，其通式为Ge1-xSnx，0≤x≤0.25。衬底1采用单晶Ge材料或其他单晶材料。该探测器的制作工艺如图3所示。参照图3，本专利技术中的红外探测器制作，给出如下三种实施例。实施例1：制作吸收区Sn组分为0，Ge组分为1的，GeSn红外探测器。步骤1：利用离子注入，在Si衬底1中注入剂量为1015cm-2，能量为20KeV的磷元素，形成N型下电极2，如图3b。步骤2：利用分子束外延工艺，在下电极2上，以固体Ge和Sn作为蒸发源，用10-4pa的压强，在180℃环境下，生长弛豫本征GeSn单晶，其中Sn组分为0，Ge组分为1，形成吸收区3，如图3c。步骤3：利用离子注入，在GeSn材料顶部中注入剂量为1015cm-2，能量为20KeV的硼元素，在注入硼元素的区域形成P型电极4，如图3d。实施例2：制作吸收区Sn组分为0.10，Ge组分为0.90的，GeSn红外探测器。步骤一：离子注入形成下电极在Ge衬底1中注入剂量为1015cm-2，能量为20KeV的磷元素，形成N型下电极2，如图3b。步骤二：外延弛豫本征GeSn单晶利用分子束外延工艺，在下电极2上，以固体Ge和Sn作为蒸发源，用10-4pa的压强，在180℃环境下，生长弛豫本征GeSn单晶，其中Sn组分为0.10，Ge组分为0.90,如图3c。步骤三：离子注入形成上电极利用离子注入，在GeSn材料顶部中注入剂量为1015cm-2，能量为20KeV的硼元素，在注入硼元素的区域形成P型电极4，如图3d。实施例3：制作吸收区Sn组分为0.25，Ge组分为0.75的，GeSn红外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GeSn红外探测器的红外夜视仪，包括：光学系统，用于接收并聚集物体所发出的红外线，照射在探测器上；探测器，用于将聚集的红外线由光信号转化为数字电信号，传输给信号处理器；信号处理器，用于将数字电信号转变为模拟电信号，传输给显示器；显示器，接收模拟电信号，并以图像形式呈现；其特征在于：所述探测器采用GeSn红外探测器，它包括衬底(1)、下电极(2)、吸收区(3)和上电极(4)，该吸收区(3)采用通式为Ge1‑xSnx的GeSn材料，其中x为Sn的组分，且0≤x≤0.25。

【技术特征摘要】
1.一种基于GeSn红外探测器的红外夜视仪，包括：
光学系统，用于接收并聚集物体所发出的红外线，照射在探测器上；
探测器，用于将聚集的红外线由光信号转化为数字电信号，传输给信号处理器；
信号处理器，用于将数字电信号转变为模拟电信号，传输给显示器；
显示器，接收模拟电信号，并以图像形式呈现；
其特征在于：所述探测器采用GeSn红外探测器，它包括衬底(1)、下电极(2)、
吸收区(3)和上电极(4)，该吸收区(3)采用通式为Ge1-xSnx的GeSn材料，其中
x为Sn的组分，且0≤x≤0.25。
2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩根全，张春福，周久人，张进城，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61