CN101373155A - 红外探测器焦平面组件应力模拟实验结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外焦平面探测器组件应力模拟实验结构。本发明设计了一种应力模拟试验结构，采用粘结柱阵列很好的模拟了层间界面的位移耦合，解决现在模拟结构中额外热失配的技术问题，使得试验结果的准确性大大提高。

Description

红外探测器焦平面组件应力模拟实验结构

技术领域

本发明专利涉及红外焦平面探测器技术，具体是指一种红外探测器焦平面组件应力模拟实验结构，它适用于对红外焦平面探测器组件的结构应力模拟。

背景技术

红外探测器焦平面组件一般由很多层构成，包括衬底、外延层薄膜、底充胶、硅电路、宝石片、柯伐等，各层所制作形成的温度均在室温以上且各不相同，甚至相差较大，但组件的工作温度在液氮沸点附近，如此巨大的温差作用在热膨胀系数离散于近两个数量级上的各层材料之间，不可避免的在结构中引入了巨大的热应力。热应力常常使组件的光电性能退化甚至引起裂片等极端失效模式。因此对组件进行结构设计、测量模拟层间应力成为焦平面组件可靠性的关键，这就要求在不引入额外应力的情况下模拟层间界面的应变耦合。若两层材料的界面不是在原子级层面上生长而形成的，目前在红外焦平面组件设计过程中的做法是用一层环氧胶把两界面粘结起来模拟其位移耦合，除非粘结层厚度可以无限小，否则始终存在这样一个问题是：鉴于环氧胶本身的热膨胀系数远大于被模拟的材料且其杨氏模量较大，额外的热失配会引入结构中，这使得实验结果与实际偏差较大。

发明内容

本发明的目的是设计一种应力模拟试验结构，解决现在模拟结构中额外热失配的技术问题。

由弹性力学知识可知，若把两层材料间的粘结层材料由连续变为离散，其效果相当于该两层材料在界面处直接耦合，仅仅在每一个离散点的小区域范围内有不同(见图1)。

基于此原理，本发明提供了如下的技术方案来解决红外焦平面探测器组件应力模拟的实验结构：如附图1所示，应力模拟的实验结构利用粘结柱阵列3把所关心的待模拟的界面即被粘结层甲1-1和被粘结层乙1-3粘结起来，粘结柱阵列1-2一般采用矩形点阵排列，其中心距应以不大于待模拟界面的最小尺寸的十分之一为宜，柱阵列1-2的高度及大小应不大于所模拟材料层最薄厚度的十分之一为宜。柱材料的杨氏模量亦应大于被模拟材料层的杨氏模量。焦平面的其他各构成层按照组件的原有工艺制作形成。

本发明优点在于：提供的模拟试验结构摆脱了额外热失配对试验结果的影响，使得试验结果的准确性大大提高。

附图说明

图1为界面耦合原理示意图，其中各编号的定义按编号从小到大的顺序排列依次为：1-1被粘结层甲；1-2粘结柱阵列；1-3被粘结层乙。

图2为粘结柱阵列效果图。

图3为利用本发明制作的焦平面组件应力模拟实物图，其中各编号的定义按编号从小到大的顺序排列依次为：1-GaAs衬底；2-柱阵列；3-Si电路；4-环氧胶；5-宝石片；6-导热硅脂；7-柯伐片。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作详细说明(以用铬金柱阵列模拟外延片与电路界面耦合为例)：

1.电路一侧柱阵列制作：

a)电路清洗：利用常规半导体工艺方法清洗硅电路；

b)光刻铬金孔：用准备好的光刻板以半导体常规光刻技术光刻铬金孔，使待长铬金的区域露出，其余部分用光刻胶保护；

c)铬金阵列生长：把光刻好的样品置于离子溅射镀膜设备，依次溅射生长铬金，其厚度约为光刻胶厚度的二分之一；

d)铬金阵列成形：溅射镀膜完毕后，在丙酮中浮去光刻胶及光刻胶上面的铬金；

2.柱阵列上胶(DW3胶)：，用细牙签蘸液态DW3胶逐个涂湿铬金阵列(见图2)；

3.外延片粘结：使用Karl Suss FC150倒焊机把外延片与硅电路对齐、粘结起来；

4.粘结完毕后，取下样品，后置于室温6天，使DW3胶完全固化。

其他各层的制作：胶固化后，焦平面组件的其他各层按原有工艺在粘结好的外延片及硅电路上依次制作形成，至此整个红外探测器焦平面组件应力模拟实验结构制作完成(见图3)。

Claims (2)

1.一种红外焦平面探测器组件应力模拟实验结构，其特征在于：被模拟的界面被粘结层甲(1-1)和被粘结层乙(1-3)之间通过由粘结柱阵列(1-2)粘结起来。

2.根据权力要求1所述的一种红外焦平面探测器组件应力模拟实验结构，其特征在于：所说的粘结柱阵列(1-2)采用矩形点阵排列，其中心距不大于待模拟界面的最小尺寸的十分之一，柱高度及大小不大于所模拟材料层最薄厚度的十分之一，柱材料的杨氏模量应大于被模拟界面材料层的杨氏模量。

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