CN100541808C - 碲镉汞长波光导型红外面阵探测器及多层电极的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碲镉汞长波光导型红外面阵探测器及多层电极的制备方法，该探测器包括：衬底，与衬底接触的碲镉汞薄片，通过光刻在碲镉汞薄片上形成光敏元列阵及分别位于光敏元二侧的信号引出电极区和公共电极区，其特征是：信号引出电极区和公共电极区采用多层立交布置，在两层电极区交叠处依次设置有负胶层、SiO₂层作为复合绝缘介质。该多层电极的制备方法，主要包括复合绝缘介质的置备。本发明的优点是：电极区采用多层立交布置，增大了光敏面的有效使用面积，提高了器件的成像性能。本发明特别适合正面引出电极的光导型焦平面的器件，尤其是长波和甚长波的碲镉汞光导型焦平面探测器。

Description

碲镉汞长波光导型红外面阵探测器及多层电极的制备方法

技术领域

本发明涉及碲镉汞红外面阵探测器，具体是指碲镉汞长波光导型红外面阵探测器及多层电极的制备方法。

背景技术

碲镉汞红外面阵探测器由光伏型和光导型两类。光伏型面阵探测器可以采用背照射结构，光从衬底入射，也就是光敏面的背面入射，电极布置在光敏面上方，采用铟柱与读出电路倒焊连接，信号是从读出电路上采集的。所以光伏器件的电极区的大小并不影响光敏面的面积。光导型器件由于结构的限制，其入射光是从光敏元正面照射，电极是从光敏元正面的两侧引出，随着光敏元数的增加，电极所占的面积也增大，在给定面阵器件的面积内，使有效光敏面积减少，器件的占空比增大，从而影响器件成像性能。

另外，由于受材料及工艺的限制，长波和甚长波的碲镉汞多元探测器大都采用光导型，只有法国Sofradir红外探测器公司，提供光伏型长波线列480×6碲镉汞红外探测器。

采用双层甚至多层电极布线可以解决面阵探测器的占空比问题，但是必需要解决多层电极之间的绝缘问题，目前硅器件使用的绝缘介质都需要高温生长或者固化，温度至少在350℃以上才能达到一定化学与物理的稳定性，使之与承载材料有较强的附着力、绝缘系数有一定的保证。由于碲镉汞材料在器件制备的过程中，其受热极限温度不能超过80～90℃，否则会引起组分与性质的变化。所以如果能寻找到一种与碲镉汞材料有较强的附着力、绝缘系数有一定保证的低温绝缘材料，那影响器件成像性能的高占空比的问题就迎刃而解，从而有望得到所需性能的长波光电导红外面阵探测器。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种能解决碲镉汞器件多层电极之间的绝缘问题的碲镉汞长波光导型红外面阵探测器及多层电极的制备方法。通过对碲镉汞光导型红外焦平面的多层电极布线，达到增大光敏面的面积，提高器件成像效果的目的。

本发明的目的是这样实现的，碲镉汞长波光导型红外面阵探测器，包括：衬底，通过环氧胶固定在衬底上的碲镉汞薄片，与衬底接触的碲镉汞薄片一面带有钝化层，通过光刻在碲镉汞薄片上形成光敏元列阵及分别位于光敏元二侧的信号引出电极区和公共电极区。信号引出电极区和公共电极区采用多层立交布置，公共电极区位于信号引出电极区上面。信号引出电极区上依次生长有金属铟层、金属金层，公共电极区上依次生长有金属铬层、金属金层。在两层电极区的叠交处依次设置有负胶层、SiO₂层作为复合绝缘介质。

碲镉汞长波光导型红外面阵探测器的多层电极的制备方法，具体步骤如下：

A.在制备好的碲镉汞长波光导型红外焦平面探测器的信号电极区上依次镀上金属铟层、金属金层，铟层厚度为100～500埃，金层厚度为2000～6000埃金属；

B.在两层电极区相交处光刻上一层负胶，并对该负胶进行坚膜，坚膜温度为60-70℃，时间为2-5小时，作为第一层绝缘介质，负胶的厚度为5000～20000埃。

C.利用光刻和掩膜方法，在第一层绝缘介质上制备SiO₂层，作为第二层绝缘介质，厚度为5000～20000埃；

D.为保证电极层和绝缘介质层有较好地粘附性，对绝缘介质层进行等离子处理，处理条件：

空气流量：5-10(ml/min)；

气压：200-600mtorr；

射频振荡频率：8-12MHz；

时间：6-20分钟；

E.利用光刻和掩膜方法，在公共电极区上依次生长金属铬层、金属金层。金属铬层厚度为100-500埃，金属金层厚度为5000-10000埃。

本发明有如下有益效果：

1.本发明的信号引出电极区和公共电极区采用多层立交布置，增大了光敏面的有效使用面积，提高了器件的成像性能。

2.本发明在两层电极区相交处采用负胶和SiO₂层作为绝缘介质层，既满足了碲镉汞材料的苛刻的低温制备工艺，又保证了碲镉汞材料与绝缘介质层、绝缘介质层和金属层有较强的附着力和可靠的绝缘性能。

3.本发明特别适合正面引出电极的光导型焦平面的器件，尤其是长波和甚长波的碲镉汞红外光导型焦平面探测器。

附图说明

图1是本发明的实施例8×8双层电极布线的长波光导型碲镉汞红外焦平面探测器的平面结构示意图；

图2是图1方框部分的放大示意图；

图3是图2A-A剖面的结构示意图；

图4是本实施例的各个光敏元和其响应率的对应关系图；

图5是本实施例的各个光敏元和其探测率的对应关系图。

具体实施方式

下面以8×8双层电极布置的碲镉汞长波光导型红外面阵探测器及双层电极的制备方法为实施例，结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

见图3，碲镉汞长波光导型红外面阵探测器，包括：蓝宝石衬底1，通过环氧胶2固定在衬底上的约10微米厚的碲镉汞薄片，与衬底接触的碲镉汞薄片一面带有钝化层3，通过光刻在碲镉汞薄片上形成光敏元列阵4及分别位于光敏元二侧的信号引出电极区5和公共电极区6。信号引出电极区5和公共电极区6采用双层立交布置，公共电极区位于信号引出电极区上面。信号引出电极区上依次生长有厚度为200埃的金属铟层501、厚度为4000埃的金属金层502，公共电极区上依次生长有厚度为200埃的金属铬层601、厚度为8000埃的金属金层602。在两层电极区相交处依次设置有厚度为10000埃的负胶层7、厚度为10000埃的SiO₂层8作为复合绝缘介质。光敏元列阵4上表面也生长有钝化层3。

本实施例的双层电极的制备方法如下：

A.在制备好的碲镉汞长波光导型红外焦平面探测器的信号电极区上依次镀上金属铟层、金属金层，铟层厚度为200埃，金层厚度为4000埃，金属镀膜温度为50度；

B.在与公共电极区相交处光刻上一层负胶7，并对该负胶进行坚膜，坚膜温度为65℃，时间为3.5小时，作为第一层绝缘介质，负胶的厚度为10000埃。

C.利用光刻和掩膜方法，在第一层绝缘介质负胶7上制备SiO₂层8，作为第二层绝缘介质，厚度为12000埃；

D.为保证金属层和绝缘介质层有较好地粘附性，对电极区进行等离子处理，处理条件：

空气流量：8(ml/min)；

气压：400mtorr；

射频振荡频率：10MHz；

时间：15分钟；

E.利用光刻和掩膜方法，在公共电极区6上依次生长金属铬层601、金属金层602。金属铬层厚度为200埃，金属金层厚度为6000埃。

图4和图5是本实施例的碲镉汞长波红外光导面阵探测器性能的测试结果。图4是器件的各个光敏元和其响应率对应关系图。图5是器件的各个光敏元和其探测率对应关系图。

Claims (2)

1.一种碲镉汞长波光导型红外面阵探测器，包括：衬底(1)，通过环氧胶(2)固定在衬底上的碲镉汞薄片，与衬底接触的碲镉汞薄片一面带有钝化层(3)，通过光刻在碲镉汞薄片上形成光敏元列阵(4)及分别位于光敏元二侧的信号引出电极区(5)和公共电极区(6)，信号引出电极区(5)上依次生长有金属铟层(501)、金属金层(502)，公共电极区(6)上依次生长有金属铬层(601)、金属金层(602)，其特征在于：

信号引出电极区(5)和公共电极区(6)为多层立交布置，公共电极区位于信号引出电极区上面，在两层电极区叠交处依次设置有负胶层(7)、SiO₂层(8)作为复合绝缘介质层。

2.一种碲镉汞长波光导型红外面阵探测器的多层电极的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

A.在制备好的碲镉汞长波光导型红外焦平面探测器的信号电极区(5)上依次镀上金属铟层(501)、金属金层(502)，铟层厚度为100～500埃，金层厚度为2000～6000埃金属；

B.在信号电极区和公共电极区两层电极区的叠交处光刻上一层负胶(7)，并对该负胶进行坚膜，坚膜温度为60-70℃，时间为2-5小时，作为第一层绝缘介质，负胶的厚度为5000～20000埃；

C.利用光刻和掩膜方法，在第一层绝缘介质上制备SiO₂层(8)，作为第二层绝缘介质，厚度为5000～20000埃；

D.为保证电极层和绝缘介质层有较好的粘附性，对电极区进行等离子处理，处理条件：

空气流量：5-10ml/min；

气压：200-600mtorr；

射频振荡频率：8-12MHz；

时间：6-20分钟；

E.利用光刻和掩膜方法，在公共电极区(6)上依次生长金属铬层(601)、金属金层(602)，金属铬层厚度为100-500埃，金属金层厚度为5000-10000埃。

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