本發(fā)明涉及探測器的制備工藝和封裝方法，具體是指背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器的制備及封裝方法，它適用于制作暗電流低、響應(yīng)率高的阻擋雜質(zhì)帶探測器。

背景技術(shù)：

硅基阻擋雜質(zhì)帶探測器的工作波段為5μm～40μm，可實現(xiàn)甚長波至太赫茲波段的探測。其工作機理為：在重摻雜的吸收層上生長一層較薄的本征阻擋層，有效抑制雜質(zhì)能帶產(chǎn)生的暗電流。入射的太赫茲輻射直接透過阻擋層被吸收層吸收，激發(fā)雜質(zhì)帶上的電子向?qū)кS遷，躍遷后的電子通過彎曲的導帶被正電極收集，進而完成從光信號到電信號的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)對甚長波至太赫茲波段輻射的探測。阻擋雜質(zhì)帶探測器通常工作在10k及以下的低溫環(huán)境中，需要液氦制冷，具有靈敏度高、陣列規(guī)模大、響應(yīng)譜段寬等特點，在軍事及民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景?，F(xiàn)有的阻擋雜質(zhì)帶探測器的制備方法是采用外延生長工藝，在硅襯底上生長重摻雜吸收層，在吸收層上再生長阻擋層，利用深孔刻蝕工藝形成的微孔結(jié)構(gòu)作為負電極，表面蒸鍍正電極。這種制備方法的缺點是：深孔刻蝕引入的缺陷和雜質(zhì)導致器件暗電流偏大，同時由于刻蝕深度較深，容易對材料造成損傷；而且現(xiàn)有的封裝方法需從微孔中引出金線，具有操作困難，負電極成品率低等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器及其制造方法。利用銀膠將負電極和金屬基板粘合在一起，通過引線鍵合工藝分別在正電極和金屬基板處引出金線，分別連接至金屬基板的鄰近針腳上，避免了傳統(tǒng)制備方法需深孔刻蝕負電極，解決了傳統(tǒng)刻蝕工藝對器件造成損傷的問題，可降低暗電流；同時，制備背電極結(jié)構(gòu)的器件，避免了傳統(tǒng)封裝方法需從微孔中引出金線的操作困難，提高了負電極成品率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器，包括：高導硅襯底；硅摻磷吸收層，硅摻磷吸收層設(shè)置在高導硅襯底上；高純硅阻擋層，高純硅阻擋層設(shè)置在硅摻磷吸收層上；電極過渡區(qū)，電極過渡區(qū)設(shè)置在高純硅阻擋層上；正電極區(qū)，正電極區(qū)設(shè)置在電極過渡區(qū)上，在正電極區(qū)上設(shè)有正電極引線；負電極區(qū)，負電極區(qū)設(shè)置在高導硅襯底的底部；金屬基板，負電極區(qū)通過導電銀膠與金屬基板連接，在金屬基板上設(shè)有負電極引線。

優(yōu)選地，高導硅襯底摻雜砷離子，摻雜濃度為2×10¹⁹cm^-3，厚度為450μm。

優(yōu)選地，硅摻磷吸收層的厚度為30μm，摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3。

優(yōu)選地，高純硅阻擋層表層雜質(zhì)的濃度低于1×10¹³cm^-3，厚度為5μm，過渡區(qū)厚度為3μm。

優(yōu)選地，正電極區(qū)及負電極區(qū)分別包括ti金屬膜、al金屬膜、ni金屬膜和au金屬膜，ti金屬膜、al金屬膜、ni金屬膜和au金屬膜的厚度分別為20nm、150nm、30nm和100nm。

優(yōu)選地，金屬基板包括中空的pcb板和金屬板。

一種背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器的制造方法，包括如下步驟：

步驟1，制備背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器；

步驟2，封裝完成制備的背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器。

優(yōu)選地，步驟1包括：

步驟1.1，清洗高導硅襯底；

步驟1.2，在高導硅襯底上用化學氣相沉積工藝生長硅摻磷吸收層，厚度為30μm，摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3；

步驟1.3，在硅摻磷吸收層上使用化學氣相外延生長高純硅阻擋層，表層雜質(zhì)濃度低于1×10¹³cm^-3，厚度為5μm，過渡區(qū)厚度為3μm；

步驟1.4，在高純硅阻擋層表面甩正膠，進行第一次光刻，厚度1.5μm，曝光顯影；

步驟1.5，采用電子束蒸發(fā)工藝，在高純硅阻擋層表面蒸鍍光刻標記，真空度5×10^-4pa，電子束能量100kev，依次蒸鍍ti、au金屬膜，厚度分別為20nm、150nm；

步驟1.6，采用丙酮進行浮膠，80℃水浴30分鐘，超聲清洗20分鐘，異丙醇超聲清洗5分鐘，去離子水沖洗，氮氣吹干，在高純硅阻擋層表面獲得光刻標記；

步驟1.7，在高純硅阻擋層表面甩正膠，進行第二光刻，厚度2μm，曝光顯影；

步驟1.8，采用離子注入工藝，將磷離子注入到高純硅阻擋層，注入能量40kev，注入劑量2×10¹⁴cm^-2，形成電極過渡區(qū)；

步驟1.9，采用丙酮進行光刻膠剝離，去除高純硅阻擋層表面離子注入?yún)^(qū)域以外的光刻膠，并依次用異丙醇、去離子水清洗，氮氣吹干，獲得電極過渡區(qū)；

步驟1.10，在氮氣氣氛中進行快速熱退火，退火溫度為950℃，在950℃下保持10秒，修復注入損傷，激活摻雜離子；

步驟1.11，在電極過渡區(qū)上甩正膠，進行第三次光刻，厚度2μm，曝光顯影，獲得圓形正電極區(qū)域；

步驟1.12，采用氬氣等離子體去膠工藝，去除顯影后正電極區(qū)域殘留的光刻膠底膜；

步驟1.13，采用電子束蒸發(fā)工藝生長正電極，真空度5×10^-4pa，電子束能量100kev，依次蒸鍍ti金屬膜、al金屬膜、ni金屬膜和au金屬膜，ti金屬膜、al金屬膜、ni金屬膜和au金屬膜的厚度分別為20nm、150nm、30nm、100nm；

步驟1.14，采用丙酮進行浮膠，80℃水浴30分鐘，超聲清洗20分鐘，異丙醇超聲清洗5分鐘，去離子水沖洗，氮氣吹干，獲得正電極；

步驟1.15，采用電子束蒸發(fā)工藝在高導硅襯底的底部生長負電極，真空度5×10^-4pa，電子束能量100kev，依次蒸鍍ti金屬膜、al金屬膜、ni金屬膜和au金屬膜，ti金屬膜、al金屬膜、ni金屬膜和au金屬膜的厚度分別為20nm、150nm、30nm、100nm；

步驟1.16，使用退火爐，退火溫度為400℃，在400℃下保持30分鐘，以使蒸鍍金屬合金化，形成良好歐姆接觸；

步驟1.17，在器件表面甩正膠，進行第四次光刻，厚度1.6μm，曝光顯影，以形成加厚電極區(qū)域窗口；

步驟1.18，采用氬氣等離子體去膠工藝，去除曝光顯影后殘留的光刻膠底膜；

步驟1.19，采用電子束蒸發(fā)工藝加厚正電極，真空度5×10^-4pa，蒸發(fā)速率1nm/s，依次蒸鍍ni金屬膜和au金屬膜，ni金屬膜和au金屬膜的厚度分別為20nm、260nm；

步驟1.20，采用丙酮進行浮膠，80℃水浴30分鐘，超聲清洗30分鐘，異丙醇超聲清洗5分鐘，去離子水沖洗，氮氣吹干，至此器件制備完畢。

優(yōu)選地，光刻膠為az5214。

優(yōu)選地，步驟2包括：

步驟2.1，使用劃片機，將完成制備的探測器制成1cm²的器件；

步驟2.2，在負電極表面均勻涂抹一層導電銀膠，將器件負電極粘在金屬基板的凹槽處；

步驟2.3，通過點焊機拉金絲，金絲一端點在正電極處，一端點在金屬基板的鄰近針腳處，鍵合正電極引線；

步驟2.4，通過電焊機拉金絲，金絲一端點在金屬基板的凹槽處，一端點在金屬基板的鄰近針腳處，鍵合負極引線。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

1)利用銀膠將負電極和金屬基板粘合在一起，通過引線鍵合工藝分別在正電極和金屬基板處引出金線，分別連接至金屬基板的鄰近針腳上，避免了傳統(tǒng)制備方法需深孔刻蝕負電極，解決了傳統(tǒng)刻蝕工藝對器件造成損傷的問題，可降低暗電流。

2)避免了傳統(tǒng)封裝方法需從微孔中引出金線的操作困難，提高了負電極成品率。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征目的和優(yōu)點將會變得更明顯。

圖1為本發(fā)明背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器制造方法工藝流程圖；

圖3為本發(fā)明背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器在高導硅襯底表面生長硅摻磷吸收層后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器在硅摻磷吸收層表面生長高純硅阻擋層后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器在高純硅阻擋層表面形成電極過渡層后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器蒸鍍正電極及負電極后形成的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器銀膠粘合負電極與金屬基板后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1-高導硅襯底2-硅摻磷吸收層3-高純硅阻擋層

4-電極過渡區(qū)5-正電極區(qū)6-負電極區(qū)

7-導電銀膠8-金屬基板

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

如圖1至圖7所示，本發(fā)明背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器使用的高導硅襯底1，摻雜砷離子，摻雜濃度2×10¹⁹cm^-3，厚度450μm；在高導硅襯底1用化學氣相沉積工藝生長硅摻磷外延層作為吸收層2，厚度為30μm，摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3；在吸收層2上外延生長高純硅阻擋層3，表層雜質(zhì)濃度低于1×10¹³cm^-3，厚度為5μm，過渡區(qū)厚度為3μm；在高純硅阻擋層3上通過離子注入形成電極過渡區(qū)4，注入磷離子，注入能量為40kev，注入劑量為2×10¹⁴cm^-2，通過900～1000℃，退火時間10～30s的快速熱退火工藝激活注入離子，修復注入損傷；通過電子束蒸發(fā)工藝依次蒸鍍ti、al、ni、au金屬膜，厚度分別為20nm、150nm、30nm和100nm，形成正電極5和負電極6，400℃下退火30分鐘形成電極歐姆接觸；封裝芯片使用一塊中空的pcb板和一塊金屬板焊接形成的金屬基板8，針腳采用焊錫實現(xiàn)與pcb板的固定與電連接。利用銀膠7將負電極和金屬基板8粘合在一起，通過引線鍵合工藝在正電極處引出金線與金屬基板上的臨近針腳相連，在金屬基板上靠近負電極區(qū)域同樣引出金線，連至針腳，完成封裝。

本發(fā)明背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器制備的具體工藝流程為：

1.硅襯底清洗：先使用有機清洗，依次使用四氟化碳、丙酮、異丙醇、去離子水沖洗，氮氣吹干。再進行無機清洗，用氫氟酸去除襯底表面二氧化硅，去離子水沖洗，氮氣吹干。

2.外延生長吸收層：在高導硅襯底1上用化學氣相沉積工藝生長重摻雜吸收層2，生長條件為摻雜離子磷，厚度為30μm，摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3。

3.外延生長阻擋層：在吸收層2上繼續(xù)使用化學氣相外延生長高純硅阻擋層3，表層雜質(zhì)濃度低于1×10¹³cm^-3，厚度為5μm，過渡區(qū)厚度為3μm。

4.第一次光刻(形成標記)：在阻擋層3表面甩正膠az5214，厚度1.5μm，曝光顯影。

5.蒸鍍光刻標記：采用電子束蒸發(fā)工藝，在高純硅阻擋層3表面蒸鍍光刻標記，真空度5×10^-4pa，電子束能量100kev，依次蒸鍍ti、au金屬膜，厚度分別為20nm、150nm。

6.浮膠：采用丙酮進行浮膠，80℃水浴30分鐘，超聲清洗20分鐘，異丙醇超聲清洗5分鐘，去離子水沖洗，氮氣吹干，在高純硅阻擋層3表面獲得光刻標記。

7.第二次光刻(形成離子注入?yún)^(qū)域)：在阻擋層3表面甩正膠az5214，厚度2μm，曝光顯影。

8.離子注入：采用離子注入工藝，將磷離子注入到高純硅阻擋層3，注入能量40kev，注入劑量2×10¹⁴cm^-2，形成電極過渡區(qū)4。

9.光刻膠剝離：采用丙酮進行光刻膠剝離，去除高純硅阻擋層3表面離子注入?yún)^(qū)域以外的光刻膠，并依次用異丙醇、去離子水清洗，氮氣吹干，獲得電極過渡區(qū)4。

10.熱退火：在氮氣氣氛中進行快速熱退火，退火溫度為950℃，在該溫度下保持10秒，修復注入損傷，激活摻雜離子。

11.第三次光刻(蒸鍍正電極)：在電極過渡區(qū)上甩正膠az5214，厚度2μm，曝光顯影，獲得圓形正電極區(qū)域。

12.等離子體去膠：采用氬氣等離子體去膠工藝，進一步去除顯影后正電極區(qū)域殘留的光刻膠底膜。

13.電子束蒸鍍正電極：采用電子束蒸發(fā)工藝生長正電極，真空度5×10^-4pa，電子束能量100kev，依次蒸鍍ti、al、ni、au金屬膜，厚度分別為20nm、150nm、30nm、100nm。

14.浮膠：采用丙酮進行浮膠，80℃水浴30分鐘，超聲清洗20分鐘，異丙醇超聲清洗5分鐘，去離子水沖洗，氮氣吹干，獲得正電極5。

15.電子束蒸鍍負電極：采用電子束蒸發(fā)工藝在高導硅襯底的底部生長負電極，真空度5×10^-4pa，電子束能量100kev，依次蒸鍍ti金屬膜、al金屬膜、ni金屬膜和au金屬膜，ti金屬膜、al金屬膜、ni金屬膜和au金屬膜的厚度分別為20nm、150nm、30nm、100nm；

16.正、負電極退火：使用退火爐，退火溫度為400℃，在該退火溫度下保持30分鐘，以使蒸鍍金屬合金化，形成良好歐姆接觸。

17.第四次光刻(加厚正電極)：在器件表面甩正膠，厚度1.6μm，曝光顯影，以形成加厚電極區(qū)域窗口。

18.等離子體去膠：采用氬氣等離子體去膠工藝，進一步去除曝光顯影后殘留的光刻膠底膜。

19.加厚正電極：采用電子束蒸發(fā)工藝加厚正電極，真空度5×10^-4pa，蒸發(fā)速率1nm/s，依次蒸鍍ni、au金屬膜，厚度分別為20nm、260nm。

20.浮膠：采用丙酮進行浮膠，80℃水浴30分鐘，超聲清洗30分鐘，異丙醇超聲清洗5分鐘，去離子水沖洗，氮氣吹干。至此器件制備完畢。

21.劃片：使用劃片機，制成1cm²的器件。

22.銀膠粘合：在負電極表面均勻涂抹一層導電銀膠，將器件負電極粘在金屬基板的凹槽處。

23.正電極引線鍵合：通過點焊機拉金絲，金絲一端點在正電極處，一端點在金屬基板的鄰近針腳處。為保證引線的質(zhì)量，電極處同時引出兩根金線，一同連至鄰近針腳處。

24.負電極引線鍵合：通過電焊機拉金絲，金絲一端點在金屬基板的凹槽處，一端點在金屬基板的鄰近針腳處。至此器件封裝完畢。

本發(fā)明背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器的工作原理是：太赫茲輻射從器件正面入射，透過阻擋層被吸收層吸收，激發(fā)雜質(zhì)帶上的電子向?qū)кS遷，形成光生載流子，在外加偏壓下被電極收集，從而將太赫茲輻射轉(zhuǎn)化為電信號，完成對太赫茲輻射的探測。由于提高探測器的靈敏度需要降低器件暗電流，背電極結(jié)構(gòu)的阻擋雜質(zhì)帶探測器制備及封裝方法解決了傳統(tǒng)刻蝕工藝對器件造成的損傷，降低了暗電流，并提高了靈敏度，具有簡單可行、操作方便等優(yōu)點。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。