CN101728450B - 高占空比碲镉汞长波红外光电导面阵探测器 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种高占空比碲镉汞长波红外光电导面阵探测器，器件结构包括：衬底，此衬底是采用激光打孔机打的直径约为60微米面阵的微孔中电镀金的蓝宝石。碲镉汞材料，该碲镉汞晶片双面精抛处理且长有阳极氧化膜，其中与环氧树脂胶接触的一面增加了一层ZnS抗反膜。环氧树脂胶，此胶的目的是把有ZnS的碲镉汞材料面粘结在衬底上。电极，此电极制作在刻穿碲镉汞晶片后溶解掉环氧树脂胶，形成的与电镀金相对应的面阵及周围部分碲镉汞上，通过井伸工艺连接碲镉汞与电镀金。蓝宝石电路，此电路与芯片背面的电镀金通过蒸镀的铟柱互联，使信号读出。

Description

高占空比碲镉汞长波红外光电导面阵探测器

技术领域

本专利涉及光电探测器技术，具体指一种从背面引电极的高占空比碲镉汞长波红外光电导面阵探测器。

背景技术

随着红外成像技术的发展，对红外器件的要求越来越高。红外探测器已经从单元到线列，再到今天逐渐向现在的面阵发展。长波面阵红外探测器要求材料面积大，组分均匀，一般都采用碲镉汞的薄膜材料来制造此类面阵探测器，符合这种要求的中短波薄膜材料较容易得到。但要想得到面积大，组分均匀的长波薄膜材料难度非常大，而目前就技术方面，工艺设备方面等的因素，体材料的长波段相对薄膜材料较容易得到。但体材料也有它致命的缺点，就是材料面积较小，因此对面阵探测器要求是占空比越大越好，此处所说的占空比定义为在给定的面阵探测器内，光敏面所占的比例。然而由于传统工艺制备的面阵探测器的每个光敏元的引线布置是在正照射面上，所以又希望光敏面之间的间隔尽量的大，使电极引线的安排更充裕，这就大大的降低了占空比，我们现有工艺制备的面阵探测器的占空比仅为25-30％左右。为了在有限的面积上制备尽可能高占空比的面阵探测器，可以采用背照射工艺，此结构的光敏元面朝衬底，光穿过衬底向光敏面入射，而金属电极引线做在芯片光敏元的另一面，采用铟柱与电路板倒焊连接，信号从读出电路上采集的。虽然这样可以提高了芯片的占空比，但是衬底以及粘结芯片的环氧树脂胶对入射光的影响，大大降低了器件的性能。

发明内容

基于上述存在的目前制备的面阵光导红外探测器中采用电极引线在正面的传统正照射工艺存在占空比较小及采用背照射工艺衬底对光信号的影响等问题。本专利的目的在于提供一种能够避免上述问题的碲镉汞长波光导器件的正照射结构的制备方法。即通过从打孔填充导电金属后蓝宝石衬底引出电极的方式制备碲镉汞长波光导型面阵探测器。

本专利探测器的结构特征在于：

-衬底，此衬底是采用激光打孔机打的直径约为60微米面阵的微孔中电镀金的蓝宝石。

-碲镉汞晶片，该碲镉汞晶片双面精抛处理且长有阳极氧化膜，其中与环氧树脂胶接触的一面增加了一层ZnS抗反膜。

一环氧树脂胶，此胶的目的是把有ZnS的一面粘结在衬底上。

-电极，此电极制作在刻穿碲镉汞晶片后溶解掉环氧树脂胶，形成的与电镀金相对应的面阵上，通过井伸工艺连接碲镉汞与电镀金。

-蓝宝石电路，此电路与芯片背面的电镀金通过铟柱互联，使信号读出。

所说的高占空比碲镉汞长波红外光电导面阵探测器制作工艺步骤如下：

1、首先在用激光打孔机打的直径约为60微米面阵的微孔的蓝宝石衬底7上电镀金8后，处理电镀表面使双面如同蓝宝石原来那样平整。

2、对碲镉汞(Hg_1-xCd_xTe)材料的第一面平整度去损伤处理，其中Hg_1-xCd_xTe中0.18≤x≤0.20，迁移率大于5E+4cm²·V^-1·s^-1，电子浓度小于7E+14cm^-3。生长厚度为

阳极氧化钝化膜11，再长一层厚度为

的ZnS抗反膜9后采用配制好的厚度为1～3μm低温环氧胶10将已经处理完的碲镉汞材料12面与衬底粘贴在一起。

3、对碲镉汞材料12的另一面减薄至约10μm厚度、平整度去损伤处理，在其表面生长上厚度为

的阳极氧化钝化膜11。

4、对处理好的碲镉汞材料12光刻刻穿碲镉汞，制备出对应的面阵孔。后采用专用溶解剂溶解掉环氧树脂胶后露出电镀金8阵列。随后长厚度为

铬14以及厚度为

金15。

5、然后光刻，处理掉露出的阳极氧化钝化膜再长井伸电极厚度为

铟16及厚度为

金17；

6、光刻，露出衬底蓝宝石背面电镀金8，在其上蒸镀铟柱阵列5。

7、在蓝宝石1采用厚度为

铬2及厚度为

的金3电极制作电路后在需要的区域蒸镀铟柱阵列4，以便与上述芯片互联。

8、把长好铟柱阵列的芯片与长好铟柱阵列的电路互联。

9、互联好后的器件灌上填充胶6，测试分析。

本发明有以下几个优点：

1、能达很高的占空比，以我们8×8面阵实施例来看，其占空比达到67％，与传统工艺制备的器件相比提高了两倍多。这样能使信号能量最大获取，可解决整机图象摄取，转换等一系列难题，使成像质量得到更大的保证，提高了仪器使用价值与结果的准确性，满足了用户要求，达到了使用的最大优化。

2、由于电极从衬底面引出，避免了传统正照射工艺中电极对入射光的阻碍，也可以避免采用背照射工艺中衬底对入射光信号的影响，使得光敏面能接受到更多的光。

附图说明：

图1为探测器芯片的剖面图，图中：(1)电路板蓝宝石基板，(2)电路板铬层，(3)电路板金层，(4)电路板铟柱，(5)芯片铟柱，(6)填充胶，(7)蓝宝石衬底，(8)电镀金，(9)环氧树脂胶，(10)ZnS抗反膜，(11，13)阳极氧化层，(12)碲镉汞材料，(14)芯片铬层，(15)芯片金层，(16)铟层，(17)芯片金层。

具体实施方式

结合说明书附图，本专利一种高占空比碲镉汞长波红外光电导面阵探测器的制备方法，以8×8面阵为例，器件的制备具体工艺步骤为：

1、在厚度为0.27mm的蓝宝石衬底7上采用激光打孔机打上一些直径约为60微米的微孔8×8面阵。

2、采用电镀的方法把宝石微孔中填满金8。

3、对已经电镀完的蓝宝石衬底进行处理，使电镀金8与蓝宝石衬底7的面同平。

4、对碲镉汞材料12的第一面平整度去损伤处理，其中Hg_1-xCd_xTe中0.18≤x≤0.20，迁移率大于5E+4cm²·V^-1·s^-1，电子浓度小于7E+14cm^-3。在其表面生长厚度为

的阳极氧化钝化膜11。再长一层厚度为的ZnS抗反膜后采用配制好的低温环氧胶9将碲镉汞材料12已经处理完的面与蓝宝石衬底7粘贴在一起，在一定的高温(小于70℃)真空加压下充分固化，以保证胶层在一定的均匀厚度范围内，要达到固化时间，要保证粘贴强度。

5、测位错：由于我们制备的是8×8面阵器件，光敏面面积为350×350微米，所以整个芯片面积较大，芯片的晶格缺陷对面阵器件性能的均匀性的影响比较大，因此在处理第二面之前的中间过程中我们还需要测位错，以便在光刻的时候可以避开缺陷严重的区域，得到有效优质的芯片图形。

6、先将位错处理完的芯片用蜡贴在磨片玻璃板上，再通过真空压片机将之贴平。高温固化完成后对碲镉汞材料12的另一面减薄去损伤处理，然后再长

的阳极氧化层13，最终把碲镉汞材料12的厚度要控制在10μm左右，在整个材料表面范围内，要保证厚度的均匀性。然后测试寿命，挑选符合要求的晶片再做后面的工艺。

7、在碲镉汞材料12表面进行第一次光刻面阵电极孔，采用Ar离子刻蚀的方法刻穿碲镉汞材料12。利用专用的环氧树脂清洗剂去除孔内的环氧树脂，`把电镀金8露出。完成此两步工艺后清洗掉表面残留的光刻胶。

8、进行第二次光刻，等离子去除没有完全曝光的光刻胶后在离子束溅射镀膜机中生长长厚度为

铬14以及厚度为

金15。完成之后进行浮胶处理。

9、进行第三次光刻，留出每个图形的电极区，等离子去除残留光刻胶后再用HF腐蚀掉表面残留的氧化层后在离子束镀膜机中生长再长井伸电极厚度为

铟16及厚度为

金17；长铟的目的是保证能与Hg_1-xCd_xTe材料12有很好的附着力与良好的欧姆接触，长金的目的是防止铟金属的自然氧化与使芯片有更好的导电能力。完成之后要对不要金属区域的芯片表面进行浮胶。

10、第四次光刻8×8图形，进行氩离子刻蚀图形并保证刻透彻。刻蚀结束后浮去表面的光刻胶。

11、在成型的芯片上涂胶保护后在宝石衬底7的另一面进行第五次光刻，在面阵电镀金8上长要与电路板互连的铟柱5电极，完成后将不要铟层的区域用物理方法去除，并洗去两面的光刻胶。

12、在整个芯片表面甩上光刻胶保护后，对已成型好的面阵芯片进行物理划片分割，清洗，表面镜检，挑选合格的芯片保存待用。

13、在蓝宝石1采用厚度为铬2及厚度为的金3电极制作宝石电路，然后光刻在需要的区域蒸镀铟柱阵列4。

14、宝石电路与已成型好的面阵芯片利用成熟的互连工艺进行互连。

15、对已互连组件的电路与面阵芯片间的区域进行灌环氧胶固封，以便达到互连的可靠性与提高热传导的能力。

16、将互连后芯片的信号电极进行金丝球焊，然后进行一系列的测量，可测得器件的信号大小，噪声的量级，串音的范围等数据，从而筛选封装合格，性能符合要求的多元面阵器件。

Claims (1)

1.一种高占空比碲镉汞长波红外光电导面阵探测器，经阳极氧化处理的碲镉汞材料(12)的带有阳极氧化层(11)的一面镀ZnS抗反膜(10)后通过环氧树脂胶(9)与蓝宝石衬底(7)相连，其特征在于：所述的探测器的电极是从蓝宝石衬底(7)的背面引出的，在所述的蓝宝石衬底(7)上芯片列阵所处的相应位置用激光打出微孔列阵，通过电镀在微孔列阵中填满电镀金(8)，对处理好的碲镉汞材料(12)光刻刻穿碲镉汞，制备出对应的面阵孔，通过阱伸工艺将碲镉汞与电镀金(8)连在一起后，在蓝宝石衬底(7)背面的微孔列阵上长芯片铟柱(5)，芯片铟柱(5)与电路板上的电路板铟柱(4)互连，将电信号从探测器衬底的背面引出。

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