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专利名称：单片集成亚波长微偏振光栅的铟镓砷近红外探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电探测器技术，是一种单片集成亚波长微偏振光栅的InGaAs线列或面阵近红外探测器，在InGaAs探测器光敏芯片上直接制备偏振光栅，从而简化偏振探测系统，实现高精度的角度定量化，准确获取目标的偏振信息。
背景技术：
偏振是光的一个重要信息，偏振探测可以把信息量从三维(光强、光谱、空间)扩充到七维(光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角、偏振椭率、旋转的方向)。由于地物背景的偏振度远小于人造目标的偏振度，因此红外偏振探测技术在空间遥感领域有非常重要的应用。在传统的偏振探测系统中，偏振元件独立于探测器之外，通过旋转偏振元件获取偏振信息。这种传统的偏振探测系统的缺点是所成图像是时间分立的，在对移动的目标成像时受到限制，而且偏振元件的角度误差较大，遥感系统也不够紧凑。实现偏振光栅在探测器上的片上集成，有利于克服传统偏振探测系统中存在的光学系统复杂、运动部件多、角度定量化误差等问题。2006年，美国Sandia国家实验室采用电子束曝光技术制作了微偏振光栅阵列用于中波红外偏振成像，将微偏振光栅阵列同焦平面探测器胶结在一起，由于串音的存在，胶结距离为30μπι时，微偏振光栅阵列的消光比下降32% -50%。这个结果对设计新型集成偏振光电器件有重要意义。亚波长微偏振光栅是一种采用金属材料、光栅周期小于入射光波长的偏振光栅， 具有体积小、结构紧凑、易于集成、偏振特性好等优点。随着电子束曝光、纳米压印技术、反应离子刻蚀等微加工工艺的发展，研究者们已经制作出了多个波段的金属偏振光栅。近红外波段工作的InGaAs探测器具有非制冷室温工作、探测率高、均勻性好等优点，与Si器件制备工艺兼容，适宜在探测器芯片上直接制备亚波长微偏振光栅。由于近红外InGaAs探测器和偏振探测技术在航天遥感领域的优势地位，因此，片上集成偏振功能的近红外探测器具有非常重要的应用价值。

发明内容
本发明提出一种新型光电探测器，将亚波长微偏振光栅与近红外InGaAs探测器直接单片集成，应用于红外偏振探测系统。本发明的主要特征在于在背照射的InGaAs线列或面阵探测器上集成亚波长微偏振光栅；在InGaAs光敏芯片的入射面沉积一层低折射率的SiO2材料作为增透膜，改善消光比；亚波长微偏振光栅是由不同偏振取向的偏振单元构成的偏振光栅线列或阵列，与线列或面阵探测器单片集成后，可以通过多个探测器像元探测同一个目标的偏振特性，其中各像元表面的偏振单元具有不同的偏振取向；亚波长微偏振光栅是光栅周期小于入射光波长的金属偏振光栅，具有体积小、结构紧凑、易于集成、偏振特性好等特点。本发明的技术方案如下在InGaAs光敏芯片(1)的入射面沉积一层增透膜(2)，
3在增透膜(2)的表面集成亚波长微偏振光栅(3)，偏振光栅是由不同偏振取向的偏振单元组成的偏振线列或阵列。本发明的最大优点在于①将偏振光栅与探测器单片集成，简化光学系统，省略偏振扫描系统的运动部件；②可以实现高精度的角度定量化，避免角度误差；③不同偏振取向的偏振单元同时成像，对移动的目标获得准确的偏振信息。


图1为单片集成亚波长微偏振光栅的InGaAs探测器的结构剖面图。图2为线列探测器上集成的微偏振光栅示意图。图3为面阵探测器上集成的微偏振光栅示意图；其中1——InGaAs光敏芯片；2——增透膜；3——波长微偏振光栅；A、B、C、D——不同偏振取向的偏振单元。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施作进一步的描述。本实施例是在背照射InGaAs线列探测器上单片集成亚波长微偏振光栅，图1为本实施例的剖面结构示意图。采用常规背照射InGaAs器件工艺制备线列光敏芯片，器件规模为128 X 1，光敏元尺寸为50 μ mX 50 μ m ；将光敏芯片背面抛光后磁控溅射2800λ的SiO2增
透膜；涂覆电子束用光刻胶，胶厚1 1.5μπι;通过电子束曝光写入所需的亚波长图形，光栅周期为lym，金属线宽为500nm;离子束溅射Al金属偏振光栅，膜厚800nm。偏振线列分布见附图2所示，A、B、C、D是4个不同偏振取向的偏振单元，分别对应4个探测器像元，组成一个偏振探测周期，用于探测同一个目标的偏振特性。
权利要求
1.一种单片集成亚波长微偏振光栅的铟镓砷探测器，它由具有背照射结构的铟镓砷探测器光敏芯片(1)、在光敏芯片的入射面上沉积的增透膜(2)以及在增透膜(2)上制备的亚波长微偏振光栅(3)组成，其特征在于在线列或阵列铟镓砷探测器的光敏芯片上沉积所述的增透膜(2)并在其上制备由不同偏振取向的偏振单元构成的亚波长微偏振光栅(3)， 使所述的线列或阵列铟镓砷探测器具备同时探测目标的不同偏振特性的功能。
2.根据权利要求1所述的一种单片集成亚波长微偏振光栅的铟镓砷探测器，其特征在于所述的增透膜(2)采用改善亚波长微偏振光栅(3)的消光比的低折射率SiO2材料。
全文摘要
本发明公开了一种单片集成亚波长微偏振光栅的InGaAs线列或面阵探测器。它是一种光电探测器，由InGaAs光敏芯片、增透膜和亚波长微偏振光栅组成。增透膜选用低折射率SiO2材料，改善亚波长微偏振光栅的消光比。亚波长微偏振光栅是由不同偏振取向的偏振单元构成的偏振光栅线列或阵列，每个偏振单元是光栅周期小于入射光波长的金属偏振光栅。本发明实现亚波长微偏振光栅在近红外探测器上的片上集成，主要优点是①将偏振光栅与探测器单片集成，简化光学系统，省略偏振扫描系统的运动部件；②可以实现高精度的角度定量化，避免角度误差；③不同偏振取向的偏振单元同时成像，对移动的目标获得准确的偏振信息。
文档编号G01J4/04GK102221406SQ20111013554
公开日2011年10月19日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者唐恒敬, 李淘, 李雪, 王云姬, 邵秀梅, 龚海梅 申请人:中国科学院上海技术物理研究所