本发明属于半导体光电探测器技术领域，具体涉及一种单片集成式nbnbn四波段探测器。
背景技术：
红外探测器作为红外技术的核心部件，在红外探测及成像领域都有广泛的应用。红外探测器可以分为制冷型和非制冷型两类，其中制冷型红外探测器由于响应速度快、灵敏度高等特性主要应用于军事和航天等高端应用领域。
然而现有红外探测器通常是单一波段探测，功能层仅对一种待探测光敏感度，虽然近年来出现双色探测结构，但是很难实现集成在一个芯片上能够选择性的对三个以上波段的探测器，现在实现方法是通过集成多种传感器然后通过选择电路进行选择，这样探测器的尺寸比较大，没有充分利用现有的半导体制造技术。
锑化物二类超晶格红外探测器由于具有均匀性好、俄歇复合率低、波长调节范围大等特点被认为是制备第三代红外探测器最理想的选择之一，在双多色探测方面展现出优异性能，因此通过构建垂直结构锑化物二类超晶格异质结红外探测器件可以实现高性能的可调控的多波段集成探测。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种能够多波段响应的四色红外探测器。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种单片集成式nbnbn四波段探测器，所述单片集成nbnbn四波段探测器采用纵向集成结构，包括：gasb衬底、n型短波通道欧姆接触层、第一金属电极层、短波通道吸收层、第一势垒层、中波通道吸收层、n型中波通道接触层、公共电极层、长波通道吸收层、第二势垒层、超长波通道吸收层、n型超长波通道接触层、第二金属电极层以及钝化层；
所述n型短波通道欧姆接触层外延于gasb衬底之上；
所述第一金属电极层设置在n型短波通道欧姆接触层上表面，为环状电极，带有n型焊盘；
所述短波通道吸收层设置在n型短波通道欧姆接触层之上，并位于第一金属电极层的环状电极以内区域；
所述第一势垒层外延于短波通道吸收层之上；
所述中波通道吸收层外延于所述第一势垒层之上；
所述n型中波通道接触层外延于中波通道吸收层之上；
所述公共电极层设置在n型中波通道接触层之上，为环状电极，带有n型焊盘；
所述长波通道吸收层位于公共电极层的环状电极之内；
所述第二势垒层外延于长波通道吸收层；
所述超长波通道吸收层外延于第二势垒层之上；
所述n型超长波通道接触层外延于超长波通道吸收层之上；
所述第二金属电极层，设置在n型超长波通道接触层之上，为环状电极，带有n型焊盘；
所述钝化层设置在短波通道吸收层、第一势垒层、中波通道吸收层、n型中波通道接触层、长波通道吸收层、第二势垒层、超长波通道吸收层、n型超长波通道接触层各自的侧壁，以及n型短波通道欧姆接触层、n型中波通道接触层、n型超长波通道接触层的表面未覆盖的金属电极区域。
其中，所述gasb衬底为0.1-0.3毫米；所述n型短波通道欧姆接触层，掺杂浓度≥1018cm3，厚度为400nm±20nm；所述第一势垒层，厚度为30nm；所述中波通道吸收层厚度为1500nm；所述n型中波通道接触层，掺杂浓度≥1018cm3，厚度为500nm±20nm；所述长波通道吸收层，厚度为1200nm；所述第二势垒层，厚度为30nm；所述超长波通道吸收层，厚度为1000nm；所述n型超长波通道接触层，掺杂浓度≥1018cm3，厚度为500nm±20nm。
其中，所述短波通道吸收层、中波通道吸收层、长波通道吸收层以及超长波通道吸收层由inas/gasb材料体系的超晶格结构组成，不掺杂或低掺杂n型层；
所述短波通道吸收层，响应2-3μm谱段；
所述中波通道吸收层，响应3-5μm谱段；
所述长波通道吸收层，响应8-10μm谱段；
所述超长波通道吸收层，响应12-16μm谱段。
其中，所述第一势垒层由alxgasb组成，满足0.1≤x≤0.6，为不掺杂或低掺杂n型层；
所述第二势垒层由alsb/inas超晶格结构组成，为不掺杂或低掺杂n型层。
其中，所述第一金属电极层、第二金属电极层以及公共电极层为：ti和au电极，下层ti厚度为20-40nm，上层au厚度为60-120nm。
其中，所述钝化层材料为介质层，为二氧化硅、氮化硅，厚度200nm±20nm。
其中，所述gasb衬底、n型短波通道欧姆接触层的径向尺寸为第一尺寸；
所述短波通道吸收层、第一势垒层、中波通道吸收层、n型中波通道接触层的径向尺寸为第二尺寸；
所述长波通道吸收层、第二势垒层、超长波通道吸收层、n型超长波通道接触层的径向尺寸为第三尺寸；
所述第一尺寸、第二尺寸、第三尺寸依次递减。
其中，所述单片集成nbnbn四波段探测器为双台面结构，台面采用常规湿法腐蚀、干法腐蚀方法或干湿法结合制备。
其中，所述单片集成nbnbn四波段探测器采用背照方式入射进行探测。
其中，所述第一金属电极层、公共电极层以及第二金属电极层的环状电极直径依次减小。
(三)有益效果
本发明提供一种能够多波段响应的四色红外探测器，该探测器采用背靠背的两个nbn探测器，可以降低产生复合电流和表面漏电流，拥有自下而上的集成结构和四吸收层结构，具有响应波段宽、响应度高、暗电流低等优势，同时降低虚警率，减小了器件尺寸，降低了制备工艺和探测系统的复杂性。
与现有技术相比较，本发明优势在于：
本发明所采用的能够多波段响应的单片集成四色红外探测器采用自上而下的垂直结构，简化了传统多色探测器的结构和制作难度，降低了生产成本；
进一步地，在nbn异质结结构中，利用结区的势垒增加探测器的阻抗，从而减低载流子的复合和扩散，降低探测器的暗电流；
更进一步地，采用了两个背靠背的nbn异质结结构，通过四个轻掺杂吸收区、低掺杂势垒层和欧姆接触高掺杂层等设计，控制结区正向和反向电压即可分别实现四色探测，有利于降低虚警率，同时减小了器件尺寸，降低了制备工艺和探测系统的复杂性。
附图说明
图1为本发明实施例提出的单片集成nbnbn四波段探测器的截面图。
图2为本发明实施例提出的单片集成nbnbn四波段探测器的俯视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决上述技术问题，本发明提供一种单片集成式nbnbn四波段探测器，所述单片集成nbnbn四波段探测器采用纵向集成结构，包括：gasb衬底、n型短波通道欧姆接触层、第一金属电极层、短波通道吸收层、第一势垒层、中波通道吸收层、n型中波通道接触层、公共电极层、长波通道吸收层、第二势垒层、超长波通道吸收层、n型超长波通道接触层、第二金属电极层以及钝化层；
所述n型短波通道欧姆接触层外延于gasb衬底之上；
所述第一金属电极层设置在n型短波通道欧姆接触层上表面，为环状电极，带有n型焊盘；
所述短波通道吸收层设置在n型短波通道欧姆接触层之上，并位于第一金属电极层的环状电极以内区域；
所述第一势垒层外延于短波通道吸收层之上；
所述中波通道吸收层外延于所述第一势垒层之上；
所述n型中波通道接触层外延于中波通道吸收层之上；
所述公共电极层设置在n型中波通道接触层之上，为环状电极，带有n型焊盘；
所述长波通道吸收层位于公共电极层的环状电极之内；
所述第二势垒层外延于长波通道吸收层；
所述超长波通道吸收层外延于第二势垒层之上；
所述n型超长波通道接触层外延于超长波通道吸收层之上；
所述第二金属电极层，设置在n型超长波通道接触层之上，为环状电极，带有n型焊盘；
所述钝化层设置在短波通道吸收层、第一势垒层、中波通道吸收层、n型中波通道接触层、长波通道吸收层、第二势垒层、超长波通道吸收层、n型超长波通道接触层各自的侧壁，以及n型短波通道欧姆接触层、n型中波通道接触层、n型超长波通道接触层的表面未覆盖的金属电极区域。
其中，所述gasb衬底为0.1-0.3毫米；所述n型短波通道欧姆接触层，掺杂浓度≥1018cm3，厚度为400nm±20nm；所述第一势垒层，厚度为30nm；所述中波通道吸收层厚度为1500nm；所述n型中波通道接触层，掺杂浓度≥1018cm3，厚度为500nm±20nm；所述长波通道吸收层，厚度为1200nm；所述第二势垒层，厚度为30nm；所述超长波通道吸收层，厚度为1000nm；所述n型超长波通道接触层，掺杂浓度≥1018cm3，厚度为500nm±20nm。
其中，所述短波通道吸收层、中波通道吸收层、长波通道吸收层以及超长波通道吸收层由inas/gasb材料体系的超晶格结构组成，不掺杂或低掺杂n型层；
所述短波通道吸收层，响应2-3μm谱段；
所述中波通道吸收层，响应3-5μm谱段；
所述长波通道吸收层，响应8-10μm谱段；
所述超长波通道吸收层，响应12-16μm谱段。
其中，所述第一势垒层由alxgasb组成，满足0.1≤x≤0.6，为不掺杂或低掺杂n型层；
所述第二势垒层由alsb/inas超晶格结构组成，为不掺杂或低掺杂n型层。
其中，所述第一金属电极层、第二金属电极层以及公共电极层为：ti和au电极，下层ti厚度为20-40nm，上层au厚度为60-120nm。
其中，所述钝化层材料为介质层，为二氧化硅、氮化硅，厚度200nm±20nm。
其中，所述gasb衬底、n型短波通道欧姆接触层的径向尺寸为第一尺寸；
所述短波通道吸收层、第一势垒层、中波通道吸收层、n型中波通道接触层的径向尺寸为第二尺寸；
所述长波通道吸收层、第二势垒层、超长波通道吸收层、n型超长波通道接触层的径向尺寸为第三尺寸；
所述第一尺寸、第二尺寸、第三尺寸依次递减。
其中，所述单片集成nbnbn四波段探测器为双台面结构，台面采用常规湿法腐蚀、干法腐蚀方法或干湿法结合制备。
其中，所述单片集成nbnbn四波段探测器采用背照方式入射进行探测。
其中，所述第一金属电极层、公共电极层以及第二金属电极层的环状电极直径依次减小。
实施例1
图1和图2分别是本实施例提出的一种单片集成nbnbn四波段探测器的器件结构截面图和俯视图。所述单片集成nbnbn四波段探测器采用纵向集成结构，包括：gasb衬底1、n型短波通道欧姆接触层2、第一金属电极层3、短波通道吸收层4、第一势垒层5、中波通道吸收层6、n型中波通道接触层7、公共电极层8、长波通道吸收层9、第二势垒层10、超长波通道吸收层11、n型超长波通道接触层12、第二金属电极层13以及钝化层14；
所述gasb衬底1为0.1-0.3毫米；
所述n型短波通道欧姆接触层2，掺杂浓度≥1018cm3，厚度为400nm±20nm，外延于gasb衬底1之上；
如图2所示，所述第一金属电极层3设置在n型短波通道欧姆接触层2上表面，为环状电极3，带有n型焊盘3-1；
所述短波通道吸收层4在n型短波通道欧姆接触层之上，并位于环状电极3以内区域；
所述第一势垒层5，厚度为30nm，外延于短波通道吸收层4之上；
所述中波通道吸收6层厚度为1500nm，外延于所述第一势垒层5之上；
所述n型中波通道接触层7，掺杂浓度≥1018cm3，厚度为500nm±20nm，外延于中波通道吸收层6之上；
如图2所示，所述公共电极层8设置在n型中波通道接触层7之上；为环状电极，带有n型焊盘8-1；
所述长波通道吸收层9，厚度为1200nm，位于公共电极层的环状电极8之内；
所述第二势垒层10，厚度为30nm，外延于长波通道吸收层9；
所述超长波通道吸收层11，厚度为1000nm，外延于第二势垒层10之上；
所述n型超长波通道接触层12，掺杂浓度≥1018cm3，厚度为500nm±20nm，外延于超长波通道吸收层11之上；
所述第二金属电极层13，设置在超长波通道接触层12之上；为环状电极，带有n型焊盘13-1，如图2所示；
所述短波通道吸收层4、中波通道吸收层6、长波通道吸收层9、以及超长波通道吸收层11由inas/gasb材料体系的超晶格结构组成，不掺杂或低掺杂n型层；所述短波通道吸收层4，响应2-3μm谱段；所述中波通道吸收层6，响应3-5μm谱段；所述长波通道吸收层9，响应8-10μm谱段；所述超长波通道吸收层11，响应12-16μm谱段；
所述第一势垒层5由alxgasb组成，满足0.1≤x≤0.6，为不掺杂或低掺杂n型层；所述第二势垒层10由alsb/inas超晶格结构组成，为不掺杂或低掺杂n型层；
所述第一金属电极层3、第二金属电极层13以及公共电极层8为：ti和au电极，下层ti厚度为20-40nm，上层au厚度为60-120nm；
所述钝化层14设置在短波通道吸收层4、第一势垒层5、中波通道吸收层6、n型中波通道接触层7、n型长波通道吸收层9、第二势垒层10、超长波通道吸收层11、n型超长波通道接触层12等层的侧壁及n型短波通道欧姆接触层2、n型短波通道欧姆接触层7、n型超长波通道接触层12的表面未覆盖的金属电极区域，材料为介质层，为二氧化硅、氮化硅等，厚度200nm±20nm；
其中，所述gasb衬底1、n型短波通道欧姆接触层2的径向尺寸为第一尺寸；
所述短波通道吸收层4、第一势垒层5、中波通道吸收层6、n型中波通道接触层7的径向尺寸为第二尺寸；
所述长波通道吸收层8、第二势垒层10、超长波通道吸收层11、n型超长波通道接触层12的径向尺寸为第三尺寸；
所述第一尺寸、第二尺寸、第三尺寸依次递减。
所述单片集成nbnbn四波段探测器为双台面结构，包括台面15和台面16，两个台面均采用常规湿法腐蚀、干法腐蚀方法或干湿法结合制备；
所述单片集成nbnbn四波段探测器采用背照方式入射进行探测。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
1.一种单片集成式nbnbn四波段探测器，其特征在于，所述单片集成nbnbn四波段探测器采用纵向集成结构，包括：gasb衬底、n型短波通道欧姆接触层、第一金属电极层、短波通道吸收层、第一势垒层、中波通道吸收层、n型中波通道接触层、公共电极层、长波通道吸收层、第二势垒层、超长波通道吸收层、n型超长波通道接触层、第二金属电极层以及钝化层；
所述n型短波通道欧姆接触层外延于gasb衬底之上；
所述第一金属电极层设置在n型短波通道欧姆接触层上表面，为环状电极，带有n型焊盘；
所述短波通道吸收层设置在n型短波通道欧姆接触层之上，并位于第一金属电极层的环状电极以内区域；
所述第一势垒层外延于短波通道吸收层之上；
所述中波通道吸收层外延于所述第一势垒层之上；
所述n型中波通道接触层外延于中波通道吸收层之上；
所述公共电极层设置在n型中波通道接触层之上，为环状电极，带有n型焊盘；
所述长波通道吸收层位于公共电极层的环状电极之内；
所述第二势垒层外延于长波通道吸收层；
所述超长波通道吸收层外延于第二势垒层之上；
所述n型超长波通道接触层外延于超长波通道吸收层之上；
所述第二金属电极层，设置在n型超长波通道接触层之上，为环状电极，带有n型焊盘；
所述钝化层设置在短波通道吸收层、第一势垒层、中波通道吸收层、n型中波通道接触层、长波通道吸收层、第二势垒层、超长波通道吸收层、n型超长波通道接触层各自的侧壁，以及n型短波通道欧姆接触层、n型中波通道接触层、n型超长波通道接触层的表面未覆盖的金属电极区域。
2.如权利要求1所述单片集成式nbnbn四波段探测器，其特征在于，所述gasb衬底为0.1-0.3毫米；所述n型短波通道欧姆接触层，掺杂浓度≥1018cm3，厚度为400nm±20nm；所述第一势垒层，厚度为30nm；所述中波通道吸收层厚度为1500nm；所述n型中波通道接触层，掺杂浓度≥1018cm3，厚度为500nm±20nm；所述长波通道吸收层，厚度为1200nm；所述第二势垒层，厚度为30nm；所述超长波通道吸收层，厚度为1000nm；所述n型超长波通道接触层，掺杂浓度≥1018cm3，厚度为500nm±20nm。
3.如权利要求1所述单片集成式nbnbn四波段探测器，其特征在于，所述短波通道吸收层、中波通道吸收层、长波通道吸收层以及超长波通道吸收层由inas/gasb材料体系的超晶格结构组成，不掺杂或低掺杂n型层；
所述短波通道吸收层，响应2-3μm谱段；
所述中波通道吸收层，响应3-5μm谱段；
所述长波通道吸收层，响应8-10μm谱段；
所述超长波通道吸收层，响应12-16μm谱段。
4.如权利要求1所述单片集成式nbnbn四波段探测器，其特征在于，所述第一势垒层由alxgasb组成，满足0.1≤x≤0.6，为不掺杂或低掺杂n型层；
所述第二势垒层由alsb/inas超晶格结构组成，为不掺杂或低掺杂n型层。
5.如权利要求1所述单片集成式nbnbn四波段探测器，其特征在于，所述第一金属电极层、第二金属电极层以及公共电极层为：ti和au电极，下层ti厚度为20-40nm，上层au厚度为60-120nm。
6.如权利要求1所述单片集成式nbnbn四波段探测器，其特征在于，所述钝化层材料为介质层，为二氧化硅、氮化硅，厚度200nm±20nm。
7.如权利要求1所述单片集成式nbnbn四波段探测器，其特征在于，所述gasb衬底、n型短波通道欧姆接触层的径向尺寸为第一尺寸；
所述短波通道吸收层、第一势垒层、中波通道吸收层、n型中波通道接触层的径向尺寸为第二尺寸；
所述长波通道吸收层、第二势垒层、超长波通道吸收层、n型超长波通道接触层的径向尺寸为第三尺寸；
所述第一尺寸、第二尺寸、第三尺寸依次递减。
8.如权利要求1所述单片集成式nbnbn四波段探测器，其特征在于，所述单片集成nbnbn四波段探测器为双台面结构，台面采用常规湿法腐蚀、干法腐蚀方法或干湿法结合制备。
9.如权利要求1所述单片集成式nbnbn四波段探测器，其特征在于，所述单片集成nbnbn四波段探测器采用背照方式入射进行探测。
10.如权利要求1所述单片集成式nbnbn四波段探测器，其特征在于，所述第一金属电极层、公共电极层以及第二金属电极层的环状电极直径依次减小。
技术总结