非制冷红外探测器件及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种非制冷红外探测器件及其制造方法，包括：包含有绝缘层的衬底；所述衬底上的SiGe层，所述SiGe层中包括相邻的P型区和N型区。相应的，本发明专利技术还提供另一种非制冷红外探测器件，包括：SOI衬底，所述SOI衬底具有N型顶硅层；所述N型顶硅层上的P型SiGe层，所述P型SiGe层采用选择性外延生长。发明专利技术采用SiGe材料来制作二极管的P型区，形成SiGe?PN结二极管或者SiGe/Si异质结二极管来降低工作电压，由于SiGe材料根据Ge的组分变化其禁带宽度在0.66-1.12eV间变化，相对于单晶硅二极管而言，SiGe材料的禁带宽度更窄，由此形成PN结二极管更容易激发，从而提高电压温度响应系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及红外探测
，特别涉及一种。
技术介绍
红外探测器件是热成像系统的核心元件，主要分为两类制冷型(基于光子探测) 和非制冷型(基于热探测)，前者曾被认为是实际应用中最佳的红外热探测技术，但由于需要匹配制冷装置，其制造和使用成本较高。近年来非制冷红外探测器件获得了长足发展，与制冷红外探测器件相比，非制冷红外探测器件不需要在热成像系统中安装制冷装置，因此尺寸较小、重量较轻且功耗较低； 此外，还可提供更宽的频谱响应和更长的工作时间。根据红外频谱覆盖范围，红外探测器件还被分为短波红外型、中波红外型和长波红外型(也称远红外，覆盖5 14 μ m)。现有的非制冷长波红外探测器件中，主要有两种类型一种是以VOx、非晶硅或非晶SixGei_x作为温敏电阻的红外探测器件，其通过检测温敏电阻的输出信号来获取红外图像信息；另一种是以单晶硅PN结二极管作为感应单元的红外探测器件，其通过检测二极管的输出信号来获取红外图像信息(参见Masashi Ueno et al，”640X480 pixel uncooled infrared FPA with SOI diode detectors",Proc. Of SPIE Vol. 5783,2005, PP566)。电压温度响应系数是决定非制冷红外探测器的温度灵敏度的重要参数，目前，单晶硅PN结二极管型红外探测器中，二极管的正向电压温度响应系数约为1.3mV/K，通过改变单个二极管的各项工艺参数对二极管的正向电压温度响应系数的影响不大，通常需要串联多个二极管(例如6-8个)才能提高红外探测器整体的温度灵敏度，才能满足实际应用的需求，然而，多个串联的二极管将导致单晶硅PN结二极管型红外探测器的工作电压较大 (通常高于6V)。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种温度灵敏度较高、工作电压较低的。为解决上述问题，本专利技术提供一种非制冷红外探测器件，包括包含有绝缘层的衬底；所述衬底上的SixGei_x层，所述SixGei_x层中包括相邻的P型区和N型区。其中，所述衬底为SOI衬底。可选的，所述衬底包括单晶硅层和所述单晶硅层上的埋层氧化层，所述绝缘层即为埋层氧化层。所述SixGei_x层根据Ge组分的变化禁带宽度在0. 66-1. 12eV的范围内。相应的，还提供一种非制冷红外探测器件的制作方法，包括提供衬底；在所述衬底上形成SixGei_x层；在所述SixGei_x层中形成相邻的P型区和N型区。可选的，当所述衬底为SOI衬底时，在所述衬底上形成SixGei_x层采用外延生长工艺。可选的，当所述衬底为单晶硅衬底时，在所述衬底上形成SiGe层采用外延生长工艺，然后还包括通过离子注入在单晶硅衬底和SixGei_x层的界面处形成埋层氧化层。可选的，当所述衬底为单晶硅衬底时，在所述衬底上形成SixGei_x层采用SixGei_x 体材料和单晶硅衬底键合制作。相应的，还提供一种非制冷红外探测器件，包括SOI衬底，所述SOI衬底具有N型顶硅层；所述N型顶硅层上的P型SixGei_x层，所述P型SixGei_x层采用选择性外延生长。相应的，一种非制冷红外探测器件的制作方法，包括提供SOI衬底，所述SOI衬底具有N型顶硅层；在所述N型顶硅层上形成氧化层；去除部分所述氧化层而露出下面的单晶硅层；在露出的顶硅层表面外延生长P型SixGei_x层。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点本专利技术采用SixGei_x材料来制作二极管的P型区，形成SiGe PN结二极管或者 SiGe/Si异质结二极管来降低工作电压，由于SixGei_x材料根据Ge的组分变化其禁带宽度在0. 66-1. 12eV间变化，相对于单晶硅二极管而言，SixGei_x材料的禁带宽度更窄，由此形成 PN结二极管更容易激发，能够减小(qVf-Eg)项，从而提高电压温度响应系数。经过模拟，采用SiGe P型区的二极管的开启电压约为单晶硅二极管的一半，而其电压温度响应系数约能提高10%，因此可以获得高的电压温度响应系数并降低工作电压。附图说明通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1为实施例一中非制冷红外探测器件的结构示意图；图2为实施例一中SiGe PN结与传统单晶硅PN结的能带比较图；图3为实施例二中非制冷红外探测器件的结构示意图；图4为实施例三中非制冷红外探测器件的结构示意图；图5为实施例三中SiGe/Si异质结与传统单晶硅PN结的能带比较图；图6为本专利技术实施例中SiGe PN结与传统单晶硅PN结的I-V曲线模拟图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。正如本专利技术
技术介绍
部分所述，目前的单晶硅PN结二极管型红外探测器中，二极管的正向电压温度响应系数约为1. 3mV/K，通过改变单个二极管的各项工艺参数对二极管的正向电压温度响应系数的影响不大，为了提高红外探测器整体的温度灵敏度，通常需要串联多个二极管(例如6-8个)才能满足实际应用的需求，然而多个串联的二极管将导致单晶硅PN结二极管型红外探测器的工作电压较大。因此，如何提高温度灵敏度并降低工作电压成为该类型红外探测器件的主要研究方向。本专利技术的专利技术人经过研究发现，采用SixGei_x材料形成PN 二极管或SiGe/Si异质结二极管来制作非制冷红外探测器件可以很好的解决上述问题，下面说明本专利技术的原理公式(1)为二极管正向电压温度响应系数的表达式。「 ^ dVf qVf -3kT-Ee(1)_L = U.-LdTqT其中Vf 二极管正向电压；q 电子电量；k 玻尔兹曼常数；T 二极管温度；Eg 半导体材料禁带宽度。从公式(1)可以看出(1)减小二极管正向电压Vf，可以提高电压温度响应系数并降低工作电压；(2)通过让二极管工作在合适的温度下，可以提高电压温度响应系数，但对于非制冷红外探测器来说，基本上保持在室温工作，所以不能通过温度的优化来获得较高的电压温度响应系数；(3)减小(qVf-Eg)项也可以提高电压的温度响应系数，由于民与半导体材料本身有关，因此可以通过选择其他的材料来减小这一项，从而提高电压温度灵敏度系数。传统的单晶硅二极管的电压温度响应系数约为1. 3mV/K，通常需要多个二极管的串联来保证非制冷红外探测器的温度灵敏度，而单晶硅二极管的开启电压约为0. 8V,因此红外探测器的整体工作电压约需6-9V，工作电压较高，如果为了降低工作电压而减少二极管数目则会降低探测器的温度灵敏度，影响器件的使用。基于此，根据公式(1)的分析，本专利技术采用Six本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：欧文，何伟，陈大鹏，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：