CN116666405B - 用于测试表面漏电流的器件结构及其制备方法和测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于测试表面漏电流的器件结构及其制备方法和测试方法。对红外材料的特定区域进行蚀刻，蚀刻深度达到下接触层；在下接触层的表面以及凸台外延层结构的侧壁表面沉积第一绝缘层；在第一绝缘层上沉积第一金属层；在第一金属层上沉积第二绝缘层；以及在第二绝缘层上沉积第二金属层。根据本发明实施例的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构及其制备方法以及用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的测试方法，可以直接测试像元面阵中每一行的表面漏电流，无需借助辅助单元加以模拟表征，提高了表面漏电流测试的准确性和便利性。
Description
技术领域
本发明涉及红外焦平面探测器技术领域，尤其涉及一种用于测试表面漏电流的器件结构及其制备方法和测试方法。
背景技术
红外焦平面探测器是一种同时实现红外信息的获取和进行信息处理的成像传感器，其在军用民用等领域都有着广泛的应用。
在研究红外探测器器件结构设计及像元刻蚀与钝化工艺对表面漏电流的影响中，如图1所示，需要从像元面阵10周围设置的测试单元2的 I-V 特性中分离出表面漏电流与体暗电流，以便辅助表征像元面阵10中像元1的性能。表面漏电流是一种与器件尺寸相关的暗电流，而器件的体暗电流密度与尺寸无关。通常采取如下方法分离器件表面漏电流与体暗电流：在像元面阵10周围制备不同单元大小的测试单元2，然后通过以下公式（1-1）分离出测试单元的体暗电流与表面漏电流：
（1-1），
其中，R 0 A为测试单元2的暗电流电阻；（R 0 A） Bulk 为R 0 A为测试单元2的体暗电流电阻；P为测试单元的周长；A为测试单元的上面积；ρ Surface 为测试单元的侧壁电阻率。
现有的探测器像元的暗电流计算是通过面阵周围的测试单元进行辅助的模拟表征，无法测试面阵中实际像元的表面漏电流，与测试面阵中实际像元的表面漏电流仍有距离。
本发明试图解决以上问题，提供一种用于测试表面漏电流的器件结构及其制备方法和测试方法。
发明内容
本发明试图提供一种用于测试表面漏电流的器件结构及其制备方法和测试方法。
本发明第一方面提供一种用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构的制备方法，包括：对红外材料的特定区域进行蚀刻，蚀刻深度达到下接触层，以使得一部分下接触层暴露在外同时在下接触层上形成多个凸台外延层结构，多个凸台外延层结构形成矩阵式分布从而形成面阵像元；在下接触层的表面以及凸台外延层结构的侧壁表面沉积第一绝缘层；在第一绝缘层上沉积第一金属层；在第一金属层上沉积第二绝缘层；以及在第二绝缘层上沉积第二金属层。
进一步的，所述对红外材料的特定区域进行刻蚀采用电感耦合等离子体法。
进一步的，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层为厚度为100nm~300nm的硅氧化物、硅氮化物和/或铝氧化物。
进一步的，所述第一金属层和所述第二金属层为厚度为50nm~200nm的钛或金。
进一步的，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层采用等离子体化学增强气相沉积法来沉积。
进一步的，所述第一金属层和所述第二金属层采用电子束蒸镀法沉积。
本发明第二方面提供一种用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构，其通过根据前述第一方面所述的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构的制备方法制备而得。
本发明第三方面提供一种用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的测试方法，其使用根据前述第二方面所述的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构，包括：对于包含N（N为正整数）行的矩阵式分布的面阵像元，分别测量第一行像元至第N行像元中每一行像元的第一金属层与第二金属层之间的电容电压U；根据公式
，/>，/>，
计算出红外焦平面探测器的表面漏电流，其中，C为第一金属层与第二金属层之间的电容，ε为第二绝缘层的介电常数，S为第一金属层和第二金属层之间的重叠面积；d为第二绝缘层的膜层厚度，U为第一金属层和第二金属层之间的电容电压，Q为该行像元的表面漏电量，t为器件开始工作到电容电压稳定所需时间，I为该行像元的表面漏电流。
根据本发明的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构及其制备方法以及用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的测试方法，可以直接测试像元面阵中每一行的表面漏电流，无需借助辅助单元加以模拟表征，提高了表面漏电流测试的准确性和便利性。
附图说明
图1为现有技术的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的测试方法的俯视示意图。
图2为蚀刻后的下接触层和凸台外延层结构的示意图。
图3为根据本发明实施例的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构的剖视示意图。
图4为根据本发明实施例的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构的俯视示意图。
图5为根据本发明实施例的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的测试方法的俯视示意图。
附图标记：
1：像元；10：像元面阵；2：测试单元；11：下接触层；12：凸台外延层结构；
31：第一绝缘层；41：第一金属层；32：第二绝缘层；42：第二金属层。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
如图2-图4所示，本发明第一方面实施例提供一种用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构的制备方法，包括：对红外材料的特定区域进行蚀刻，蚀刻深度达到下接触层，以使得一部分下接触层暴露在外同时在下接触层上形成多个凸台外延层结构，多个凸台外延层结构形成矩阵式分布从而形成面阵像元；在下接触层的表面以及凸台外延层结构的侧壁表面沉积第一绝缘层；在第一绝缘层上沉积第一金属层；在第一金属层上沉积第二绝缘层；以及在第二绝缘层上沉积第二金属层。
如图2所示，对红外材料的特定区域进行蚀刻，蚀刻深度达到下接触层11，以使得一部分下接触层11暴露在外同时在下接触层11上形成多个凸台外延层结构12，多个凸台外延层结构形成矩阵式分布从而形成面阵像元。对红外材料的特定区域进行刻蚀可采用电感耦合等离子体法。
如图3和图4所示，在下接触层11的表面以及凸台外延层结构12的侧壁表面沉积第一绝缘层31；在第一绝缘层31上沉积第一金属层41；在第一金属层41上沉积第二绝缘层32；以及在第二绝缘层32上沉积第二金属层42。第一绝缘层31和第二绝缘层32为厚度为100nm~300nm的硅氧化物、硅氮化物和/或铝氧化物（SiOx/SiNx/AlOx），具体地，硅氧化物可以是SiO2，硅氮化物可以是Si3N4，铝氧化物可以是Al2O3。第一绝缘层31和第二绝缘层32可采用等离子体化学增强气相沉积法来沉积。第一金属层41和第二金属层42为厚度为50nm~200nm的钛或金。第一金属层41和第二金属层42可采用电子束蒸镀法沉积。
本发明第二方面实施例提供一种用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构，如图3和图4所示，其通过根据前述第一方面实施例所述的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构的制备方法制备而得。
本发明第三方面实施例提供一种用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的测试方法，其使用根据前述第二方面实施例所述的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构（如图3和图4所示），包括：
对于包含N（N为正整数）行的矩阵式分布的面阵像元，分别测量第一行像元至第N行像元中每一行像元的第一金属层与第二金属层之间的电容电压U；
根据公式
（1-2），
（1-3），
（1-4），
可推导出
（1-5），
而后可计算出红外焦平面探测器的表面漏电流，其中，
C为第一金属层与第二金属层之间的电容，
ε为第二绝缘层的介电常数，
S为第一金属层和第二金属层之间的重叠面积，
d为第二绝缘层的膜层厚度，
U为第一金属层和第二金属层之间的电容电压，
Q为该行像元的表面漏电量，
t为器件开始工作到电容电压稳定所需时间，
I为该行像元的表面漏电流。
根据本发明实施例的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构及其制备方法以及用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的测试方法，可以直接测试像元面阵中每一行的表面漏电流，无需借助辅助单元加以模拟表征，提高了表面漏电流测试的准确性和便利性。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。
Claims (8)
1.一种用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构的制备方法，包括：
对红外材料的特定区域进行蚀刻，蚀刻深度达到下接触层，以使得一部分下接触层暴露在外同时在下接触层上形成多个凸台外延层结构，多个凸台外延层结构形成矩阵式分布从而形成面阵像元；
在下接触层的表面以及凸台外延层结构的侧壁表面沉积第一绝缘层；
在第一绝缘层上沉积第一金属层；
在第一金属层上沉积第二绝缘层；以及
在第二绝缘层上沉积第二金属层。
2.根据权利要求1所述的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构的制备方法，其特征在于，所述对红外材料的特定区域进行刻蚀采用电感耦合等离子体法。
3.根据权利要求1所述的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构的制备方法，其特征在于，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层为厚度为100nm~300nm的SiO2、Si3N4和/或Al2O3。
4.根据权利要求1所述的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构的制备方法，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层为厚度为50nm~200nm的钛或金。
5.根据权利要求1所述的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构的制备方法，其特征在于，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层采用等离子体化学增强气相沉积法来沉积。
6.根据权利要求1所述的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构的制备方法，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层采用电子束蒸镀法沉积。
7.一种用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构，其通过根据权利要求1所述的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构的制备方法制备而得。
8.一种用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的测试方法，其使用根据权利要求7所述的用于测试红外焦平面探测器表面漏电流的器件结构，包括：
对于包含N（N为正整数）行的矩阵式分布的面阵像元，分别测量第一行像元至第N行像元中每一行像元的第一金属层与第二金属层之间的电容电压U；
根据公式
，/>，/>
计算出红外焦平面探测器的表面漏电流，
其中，C为第一金属层与第二金属层之间的电容，ε为第二绝缘层的介电常数，S为第一金属层和第二金属层之间的重叠面积；d为第二绝缘层的膜层厚度，U为第一金属层和第二金属层之间的电容电压，Q为该行像元的表面漏电量，t为器件开始工作到电容电压稳定所需时间，I为该行像元的表面漏电流。
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