CN103187424B - 无源电路耦合的环孔型碲镉汞芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无源电路耦合的环孔型碲镉汞芯片，该芯片采用环孔工艺，把碲镉汞芯片耦合在无源电路上，即离子束刻蚀环孔的同时，在互连孔周围形成一个圆柱形N-on-P结，通过环孔金属化实现n型区与无源电路的互连。本发明的优点在于芯片可以通过金丝互连与读出电路实现连接，不仅克服了金丝覆盖光敏面问题，又可独立探测器芯片和读出电路，提高焦平面的成品率，同时发挥了环孔型探测器的优势，工艺简单，且具有高的填充因子。
Description
技术领域
本发明涉及红外光电探测器，具体是指一种无源电路耦合的环孔型碲镉汞芯片。
背景技术
碲镉汞焦平面探测器由碲镉汞探测元列阵与读出电路芯片互连而成。按互连方式的不同，碲镉汞焦平面探测器可分为混成式碲镉汞焦平面探测器和单片集成式碲镉汞焦平面探测器。
混成式碲镉汞焦平面探测器采用铟柱互连技术或者金丝互连技术连接芯片和读出电路，其优点在于芯片和读出电路可以分别试验，合乎标准后才互连，提高了成品率。但是，由于芯片和读出电路采用不同的材料，且晶格常数、热膨胀系数等参数不同，在温度变化时，采用铟柱互连技术的焦平面探测器的芯片和电路之间会存在一定的应力或应变，导致焦平面探测器的可靠性降低。而采用金丝互连技术，又带来了电极侧焊时覆盖光敏面的问题，降低了探测器的量子效率。
单片集成式碲镉汞焦平面探测器通常采用环孔互连技术，用离子束刻蚀p型碲镉汞互连环孔的同时,在互连环孔周围形成一个圆柱形N-on-P结，再利用环孔金属化，实现探测器芯片与读出电路芯片的立体互连。这种互连方式使焦平面探测器的热循环可靠性得到改善，且工艺流程简单，具有高的填充因子(可达95％以上)。但是，由于每个碲镉汞晶片都要用一个合格的读出电路芯片，如果制备的碲镉汞探测器芯片不好，读出电路也就报废，同时工艺过程中难免会对读出电路造成损伤。
发明内容
本发明的目的是提供一种无源电路耦合的环孔型碲镉汞芯片，解决混成式和单片集成式两种结构存在的不足。
本发明的无源电路耦合的环孔型碲镉汞芯片包括无源电路，通过环氧树脂胶与无源电路牢固结合的p型HgCdTe层，环孔通道，环孔通道周围的n型区，环孔通道内的金属层和公共电极层，其特征在于：
无源电路1通过环氧树脂胶2粘接在p型HgCdTe层3上，在p型HgCdTe层3上有刻蚀形成的环孔通道4，环孔通道4内沉积环孔通道内的金属层6，环孔通道周围的n型区5通过环孔通道内的金属层6与无源电路1相连，p型HgCdTe层3上沉积有公共电极层7，公共电极层7使p型HgCdTe层3与无源电路1相连。
所述的无源电路采用蓝宝石衬底，沉积铬和金复合层后干法刻蚀形成电路图形。
本发明的优点：该芯片可以通过金丝互连与读出电路实现连接，不仅克服了金丝覆盖光敏面问题，又可独立探测器芯片和读出电路，提高焦平面的成品率，同时发挥了环孔型探测器的优势，工艺简单，且具有高的填充因子。
附图说明
图1是无源电路耦合的环孔型碲镉汞芯片的结构示意图。
图2是无源电路的俯视图。
图3是贴片后的俯视图。
图4是环孔回填金属后的俯视图。
图5是成型后的俯视图。
图6是激光诱导电流图。
图7是探测器的光谱响应曲线。
具体实施方式
下面结合附图，以环孔直径φ10μm，8元的无源电路耦合的环孔型碲镉汞芯片为例，对本发明的具体实施方法作进一步地详细说明。
A.无源电路1的制备，如附图2
(1)首先采用离子束溅射技术在蓝宝石上沉积铬/金复合层，其中铬的厚度为50nm，金的厚度为1000nm，生长条件：真空度2×10-2Pa，离子束能量500eV。
(2)光刻一露出待刻蚀图形，通过氩离子刻蚀，形成无源电路1，刻蚀条件：能量为400eV，束流密度为0.6mA，刻蚀时间为0.5h。
B.第一面减薄和钝化
碲镉汞晶片选用p型材料，载流子浓度为2×1016cm-3。晶片第一面减薄至300μm，采用热蒸发技术沉积碲化镉膜8，其中碲化镉的厚度为1000nm。
C.贴片和第二面减薄，如附图3
采用环氧树脂胶2，利用真空贴片技术，把晶片定位粘贴到无源电路1上，然后减薄至10μm，即得到p型HgCdTe层3。
D.钝化和增透
采用热蒸发技术沉积硫化锌/碲化镉复合膜9，其中碲化镉的厚度为1000nm，硫化锌的厚度为500nm。
E.刻蚀环孔
光刻二露出待刻蚀环孔，直径为φ10μm，利用氩离子刻蚀刻通环孔内碲镉汞材料和底下的环氧树脂胶2，形成环孔通道4，露出无源电路1上的金属层，同时获得n型区5，外环直径为φ30μm。刻蚀条件：能量为700eV，束流密度为0.8mA，刻蚀时间为1h。
F.回填金属，如附图4
光刻三露出待沉积金属层的区域，直径为φ15μm，利用离子束溅射技术回填金属铟/金复合层6，其中铟的厚度为50nm，金的厚度为2000nm，生长条件：真空度2×10-2Pa，离子束能量500eV。
G.公共电极层7的制备，如附图5
光刻四露出公共电极区，腐蚀去除硫化锌/碲化镉复合膜，利用离子束溅射技术沉积金属铬/金复合层7，其中铬的厚度为50nm，金的厚度为500nm，生长条件：真空度2×10-2Pa，离子束能量500eV。
最后对上述实施例进行激光诱导电流测试和响应光谱测试，图6给出了两个相邻器件的激光诱导电流图，它类似于正弦曲线，波峰和波谷对应着n型区的p-n结界面，即n型区的外环直径，计算可得2个器件的n型区的外环直径的平均值为30.5μm。图7是该结构8个器件的响应光谱图，截止波长为5.73～5.74μm之间，且均匀性较高。
由此可见，该无源电路耦合的环孔型碲镉汞芯片的结构方案是合理的、可行的。
Claims (2)
1.一种无源电路耦合的环孔型碲镉汞芯片，包括无源电路（1），通过环氧树脂胶（2）与无源电路（1）牢固结合的p型HgCdTe层（3），环孔通道（4），环孔通道周围的n型区（5），环孔通道内的金属层（6）和公共电极层（7），其特征在于：
无源电路（1）通过环氧树脂胶（2）粘接在p型HgCdTe层（3）上，在p型HgCdTe层（3）上有刻蚀形成的环孔通道（4），环孔通道（4）内沉积环孔通道内的金属层（6），环孔通道周围的n型区（5）通过环孔通道内的金属层（6）与无源电路（1）相连，p型HgCdTe层（3）上沉积有公共电极层（7），公共电极层（7）使p型HgCdTe层（3）与无源电路（1）相连。
2.根据权利要求1所述的一种无源电路耦合的环孔型碲镉汞芯片，其特征是：所述的无源电路（1）采用蓝宝石衬底，沉积铬和金复合层后干法刻蚀形成电路图形。
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