CN102856223B - 一种用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法 - Google Patents

一种用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法，包括：将铝质烙铁头的烙铁温度调节到186～210摄氏度，使用助焊剂将纯度为99.999％以上的铟焊接到银丝引线的一端，形成铟球；去除铟球表面附着的助焊剂；将铝质烙铁头的烙铁温度调节到165～185摄氏度，将带有银丝引线的铟球焊接到经过碲镉汞薄膜片边缘上，制成测试电极。本发明有效地解决了传统的焊接方法经常会出现的测试中低温下电极断开、重复制备测试电极、碲镉汞薄膜表面铟的沾污面积增大、测试中欧姆接触不好、多次重复测试、测试后铟球不易去除等问题，且大大提高了电学性能测试中的测试结果的准确性和工作效率，提高了碲镉汞薄膜片的使用面积，降低了成本。

Description

一种用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法
技术领域
本发明涉及红外探测器的碲镉汞(Hg1-xCdxTe)薄膜技术领域，尤其涉及一种用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法。
背景技术
碲镉汞(Hg1-xCdxTe)三元合金化合物是一种理想的用于制作红外探测器的重要半导体材料，由于其禁带宽度随组分的变化可以从零连续增大到1.6eV，因此可用来制作几乎覆盖整个红外区域的各种响应波段的红外探测器，尤其是1-3μm、3-5μm和8-14μm的红外探测器，在预警探测、情报侦察、资源卫星以及气象卫星、农牧业、地震、火控、制导，太空天文探测等领域已得到广泛应用并具有更广阔的潜在应用前景，目前碲镉汞材料是第三代红外焦平面探测器发展的重点和热点。
对于碲镉汞红外探测器，材料的电学性能指标是直接决定探测器性能的重要参数。碲镉汞红外探测器材料的发展已有多年的历史，霍尔测试一直是获得碲镉汞材料电学参数的常规检测手段。由于红外器件对材料的电学参数有严格的要求，通过霍尔测试可以获得电学性能数据，以此来优化工艺并调整工艺参数。碲镉汞材料的电学性能数据包括载流子浓度、迁移率和导电类型等。迁移率是衡量半导体材料导电性能的重要参数，它决定着半导体材料的电导率，影响器件的工作速度。同时载流子浓度和导电类型也是制备器件的重要参数。
由于对红外焦平面探测器的碲镉汞薄膜片进行电学性能测试时，需要通过在碲镉汞薄膜片的边缘处焊接铟来制作测试电极，采用现有制作测试电极的方法不能取得很好的铟的焊接效果，经常会出现测试中低温下电极断开、重复制备测试电极、测试中I-V(电流-电压)特性曲线线性系数与1偏差大即反映出欧姆接触不好、多次重复测试严重影响测试过程，另外，还会导致电学性能测试完成后铟球不易去除即测试电极不易去除、碲镉汞薄膜表面铟的沾污面积增大等问题，不仅严重影响测量结果，降低了工作效率，而且碲镉汞薄膜片的使用面积下降，增加了成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法，克服现有的测试电极制作方法导致的上述缺陷，提高测试效率、减小影响测试的不利因素。
本发明采用的技术方案是，所述用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法，包括：
步骤一，将铝质烙铁头的烙铁温度调节到186～210摄氏度，使用助焊剂将纯度为99.999％以上的铟焊接到银丝引线的一端，形成铟球；所述铝质烙铁头的纯度为95％以上；
步骤二，去除铟球表面附着的助焊剂；
步骤三，将铝质烙铁头的烙铁温度调节到165～185摄氏度，将带有银丝引线的铟球焊接到碲镉汞薄膜片边缘上，制成测试电极。
进一步的，该方法还包括：
步骤四，利用碲镉汞薄膜片上的测试电极完成电学性能测试后，采用气枪从碲镉汞薄膜片的中心到边缘吹气，随即将测试电极从碲镉汞薄膜片上拉开；所述气枪中使用的气体可以为氮气和惰性气体。
进一步的，所述助焊剂为丙三醇和去离子水的混合物，其中，丙三醇和去离子水的体积比范围为(4.5～11)∶1。
进一步的，所述铟球的直径范围为0.05～0.3毫米。
进一步的，所述步骤二具体包括：将所述铟球在无水乙醇中浸泡然后干燥以去除铟球表面附着的助焊剂。
进一步的，所述步骤三中，将带有银丝引线的铟球焊接到经过溴甲醇溶液腐蚀过的碲镉汞薄膜片边缘上，制成测试电极；所述溴甲醇溶液由溴和甲醇混合组成，其中，溴与甲醇的体积比范围为(0.1～0.5)∶100。
进一步的，当碲镉汞薄膜片呈正方形或菱形、且测试电极位于所述碲镉汞薄膜片的四个角时，步骤四具体包括：
用气枪沿着与碲镉汞薄膜片表面呈30～60度夹角、由碲镉汞薄膜片的中心向一边的边缘吹气，吹气时长为t时将所述边上的两个测试电极从碲镉汞薄膜片上拉开；所述时长t的范围5～20秒；
然后，用气枪沿着与碲镉汞薄膜片表面呈30～60度夹角、由碲镉汞薄膜片的中心向另一边的边缘吹气，吹气时长为(1/3～2/3)t时将所述另一边上的两个测试电极从碲镉汞薄膜片上拉开。
进一步的，所述气枪的口径范围为0.2～0.4毫米，压力范围为0.2～0.6兆帕。
采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：
本发明有效地解决了传统的焊接方法经常会出现的测试中低温下电极断开、重复制备测试电极、碲镉汞薄膜表面铟的沾污面积增大、测试中I-V特性曲线线性系数与1偏差大即欧姆接触不好、多次重复测试、测试后铟球不易去除等问题。另外，本发明使碲镉汞薄膜的铟焊接处在后道工序中仍可正常使用，与未焊接处使用效果无差别，而且还大大提高了电学性能测试中的测试结果的准确性和工作效率，提高了碲镉汞薄膜片的使用面积，降低了成本。
附图说明
图1为本发明所述用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案进行详细说明如后。
本发明的用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法，如图1所示，包括以下具体步骤：
步骤S101，将铝质烙铁头的烙铁温度调节到186～210摄氏度，使用助焊剂将纯度为99.999％以上的铟焊接到银丝引线的一端，形成铟球。该铝质烙铁头的纯度为95％以上。
具体的，该助焊剂为丙三醇和去离子水的混合物，其中，丙三醇和去离子水的体积比范围可以为(4.5～11)∶1，助焊剂的作用是使铟块在焊接时容易成球。本步骤中形成的铟球的直径可以为0.05～0.3毫米。
步骤S102，去除铟球表面附着的助焊剂。
具体的，将所述铟球在无水乙醇中浸泡以去除铟球表面附着的助焊剂，通常浸泡的时间为2～6分钟然后干燥，即可完全去除铟球表面附着的助焊剂了。
步骤S103，将铝质烙铁头的烙铁温度调节到165～185摄氏度，将带有银丝引线的铟球焊接到碲镉汞薄膜片边缘上，制成测试电极。
具体的，在将带有银丝的铟球焊接到碲镉汞薄膜片边缘上之前，如果采用溴甲醇对碲镉汞薄膜片进行腐蚀处理，那么进行铟球焊接的效果会更好。所述溴甲醇溶液由溴和甲醇混合组成，其中，溴与甲醇的体积比范围为(0.1～0.5)∶100。
为了改善测试后铟球不易去除等问题，使碲镉汞薄膜的铟焊接处在后道工序中仍可正常使用，与未焊接处使用效果无差别，优选的，该方法还包括：
步骤S104，利用碲镉汞薄膜片上的测试电极完成电学性能测试后，采用气枪从碲镉汞薄膜片的中心到边缘吹气，随即将测试电极从碲镉汞薄膜片上拉开。可以选择的气枪的口径为0.2～0.4毫米，压力为0.2～0.6兆帕，当选择的气枪口径越小，则所需的压力越大，反之，当选择的气枪口径越大，则所需的压力越小。所述气枪中使用的气体可以为氮气和惰性气体，优选的，为纯度为99.999％的氮气和惰性气体。
具体的，对碲镉汞薄膜进行霍尔测试即电学性能测试时，通常采用规则形状的切片，包括正方形或者菱形的碲镉汞薄膜片，且测试电极位于该碲镉汞薄膜片的四个角。处于成本的考虑，以氮气枪为例，步骤S104具体包括：
用氮气枪沿着与碲镉汞薄膜片表面呈30～60度夹角、由碲镉汞薄膜片的中心向一边的边缘吹氮气，吹气时长为t时将所述边上的两个测试电极从碲镉汞薄膜片上拉开。所述时长t＝5～20秒。当选择的氮气枪口径和压力越小时，所需的时长就越长，反之，则所需的时长越短。
然后，用氮气枪沿着与碲镉汞薄膜片表面呈30～60度夹角、由碲镉汞薄膜片的中心向另一边的边缘吹氮气，吹气时长为(1/3～2/3)t时将所述另一边上的两个测试电极从碲镉汞薄膜片上拉开。
基于上述技术方案，下面再介绍几个本发明的应用实例：
应用实例1
采用纯度为95～99.9％的铝质烙铁头的电烙铁，调节该电烙铁温度到186摄氏度，使用丙三醇与去离子水体积配比为4.5∶1的助焊剂将纯度为99.999-99.99999％铟焊接到银丝引线的一端，制备出直径为0.3毫米铟球，用无水乙醇浸泡铟球6分钟，取出铟球干燥。
再把该电烙铁的温度调整为170摄氏度将铟球焊接到用溴甲醇腐蚀的碲镉汞薄膜片上制备好测试电极，然后将测试电极连接到霍尔测试系统上进行77K(K为温度单位开尔文)电学性能测试，测试中电极没有断裂、I-V曲线线性系数为1(表明欧姆接触良好、测试结果准确可信)、且测试一次完成。
最后，取下带有测试电极的碲镉汞薄膜片，用口径为0.2毫米、压力为0.2兆帕的氮气枪沿着与碲镉汞薄膜片表面成30度夹角由中心向边缘吹20秒，用镊子夹住距铟球2毫米处的银丝引线迅速拉开，以去除铟球及测试电极的其他部分，然后由中心向另一边的边缘吹9秒，用镊子夹住距铟球2毫米处的银丝引线迅速拉开，以去除铟球及测试电极的其他部分。
显微镜下检查碲镉汞薄膜片表面测试电极焊接处表面洁净，没有任何铟残留，铟焊接处在后道工序仍可正常使用，与未焊接处使用效果无差别。
应用实例2
用纯度为95～99.9％的铝质烙铁头的电烙铁，调节烙铁温度到195摄氏度，使用丙三醇与去离子水体积配比为8∶1的助焊剂将纯度为99.999-99.99999％铟焊接到银丝引线的一端，制备出直径为0.05毫米铟球，用无水乙醇浸泡铟球2分钟，取出铟球干燥。
再把电烙铁的温度调整为170摄氏度将铟球焊接到用溴甲醇腐蚀的正方形碲镉汞薄膜片上制备好测试电极，然后将测试电极连接到霍尔测试系统上进行10K～300K(K为温度单位开尔文)的变温电学性能测试，测试中电极没有断裂、I-V曲线线性系数为1(表明欧姆接触良好、测试结果准确可信)、且测试一次完成。
最后，取下带有测试电极的正方形碲镉汞薄膜片，用口径为0.3毫米、压力为0.3兆帕的氮气枪沿着与碲镉汞薄膜片表面成40度夹角由中心向一边的边缘吹15秒，用镊子夹住距铟球3毫米处的银丝引线迅速拉开，以去除铟球及测试电极的其他部分，然后由中心向另一边的边缘吹7秒，用镊子夹住距铟球3毫米处的银丝引线迅速拉开，以去除铟球及测试电极的其他部分。
显微镜下检查碲镉汞薄膜片表面测试电极焊接处表面洁净，没有任何铟残留，铟焊接处在后道工序仍可正常使用，与未焊接处使用效果无差别。
应用实例3
用纯度为95～99.9％的铝质烙铁头的电烙铁，调节烙铁温度到210摄氏度，使用丙三醇与去离子水体积配比为11∶1的助焊剂将纯度为99.999-99.99999％铟焊接到银丝引线的一端，制备出直径为0.2毫米的铟球，用无水乙醇浸泡铟球4分钟，取出铟球干燥。
再把电烙铁的温度调整为185摄氏度将铟球焊接到用溴甲醇腐蚀的碲镉汞薄膜片上制备好测试电极，然后将测试电极连接到霍尔测试系统上进行77K电学性能测试，测试中电极没有断裂、I-V曲线线性系数为1(表明欧姆接触良好、测试结果准确可信)、测试一次完成。
最后，取下带有测试电极的碲镉汞薄膜片，用口径为0.4毫米、压力为0.6兆帕的氮气枪沿着与碲镉汞薄膜片表面成60度夹角由中心向一边的边缘吹10秒，用镊子夹住距铟球4毫米处的银丝引线迅速拉开，去除铟球及测试电极的其他部分，然后由中心向另一边的边缘吹5秒，用镊子夹住距铟球4毫米处的银丝引线迅速拉开，以去除铟球及测试电极的其他部分。
显微镜下检查碲镉汞薄膜片表面测试电极焊接处表面洁净，没有任何铟残留，铟焊接处在后道工序仍可正常使用，与未焊接处使用效果无差别。
本发明有效地解决了传统的焊接方法经常会出现的测试中低温下电极断开、重复制备测试电极、碲镉汞薄膜表面铟的沾污面积增大、测试中I-V特性曲线线性系数与1偏差大即欧姆接触不好、多次重复测试、测试后铟球不易去除等问题。另外，本发明使碲镉汞薄膜的铟焊接处在后道工序中仍可正常使用，与未焊接处使用效果无差别，而且还大大提高了电学性能测试中的测试结果的准确性和工作效率，提高了碲镉汞薄膜片的使用面积，降低了成本。
通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (6)

1.一种用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一，将铝质烙铁头的烙铁温度调节到186～210摄氏度，使用助焊剂将纯度为99.999％以上的铟焊接到银丝引线的一端，形成铟球；所述铝质烙铁头的纯度为95％以上；所述助焊剂为丙三醇和去离子水的混合物，其中，丙三醇和去离子水的体积比范围为(4.5～11):1；
步骤二，去除铟球表面附着的助焊剂；所述步骤二具体包括：将所述铟球在无水乙醇中浸泡然后干燥以去除铟球表面附着的助焊剂；
步骤三，将铝质烙铁头的烙铁温度调节到165～185摄氏度，将带有银丝引线的铟球焊接到碲镉汞薄膜片边缘上，制成测试电极。
2.根据权利要求1所述的用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤四，利用碲镉汞薄膜片上的测试电极完成电学性能测试后，采用气枪从碲镉汞薄膜片的中心到边缘吹气，随即将测试电极从碲镉汞薄膜片上拉开；所述气枪中使用的气体可以为氮气和惰性气体。
3.根据权利要求1所述的用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法，其特征在于，所述铟球的直径范围为0.05～0.3毫米。
4.根据权利要求1所述的用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法，其特征在于，所述步骤三中，将带有银丝引线的铟球焊接到经过溴甲醇溶液腐蚀过的碲镉汞薄膜片边缘上，制成测试电极；所述溴甲醇溶液由溴和甲醇混合组成，其中，溴与甲醇的体积比范围为(0.1～0.5)：100。
5.根据权利要求2中所述的用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法，其特征在于，当碲镉汞薄膜片呈正方形或菱形、且测试电极位于所述碲镉汞薄膜片的四个角时，步骤四具体包括：
用气枪沿着与碲镉汞薄膜片表面呈30～60度夹角、由碲镉汞薄膜片的中心向一边的边缘吹气，吹气时长为t时将所述边上的两个测试电极从碲镉汞薄膜片上拉开；所述时长t的范围为5～20秒；
然后，用气枪沿着与碲镉汞薄膜片表面呈30～60度夹角、由碲镉汞薄膜片的中心向另一边的边缘吹气，吹气时长为(1/3～2/3)t时将所述另一边上的两个测试电极从碲镉汞薄膜片上拉开。
6.根据权利要求2所述的用于碲镉汞薄膜电学性能测试的电极处理方法，其特征在于，所述气枪的口径范围为0.2～0.4毫米，压力范围为0.2～0.6兆帕。
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