CN108646404A - 可调谐焦平面阵列器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体器件技术领域，具体为一种可调谐焦平面阵列器件及其制备方法。本发明制备方法的步骤为：在衬底上制作焦平面阵列；将所述焦平面阵列从衬底上分离；形成半球形聚合物转移支撑衬底；将所述焦平面阵列转移至所述半球形聚合物转移支撑衬底上，并进行封装；以及将所述封装后的焦平面阵列粘贴到可变曲率镜面的上表面，通过在所述可变曲率镜面背面的中间位置施加作用力，使所述焦平面阵列可调谐。本发明能够使焦平面阵列器件的形变呈球形形变，从而提升光学系统性能的提升，排除其他不规则形变导致的性能损失。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种可调谐焦平面阵列器件及其制备方法。
背景技术
近年来，对于柔性电子器件的研究兴趣与日俱增，尤其是在光电系统领域。光学系统的功能是将环境中的光线传递给传感器，但是光学系统普遍存在着畸变，尤其是佩兹瓦尔像场弯曲会导致宽视场中焦平面的弯曲。为了消除这些因素的影响，需要更复杂的设计以及更多的透镜，但是这样一来又会降低成像质量。
通过直接弯曲焦平面阵列，会消除佩兹瓦尔像场弯曲现象，简化光学系统的设计，提高成像质量。然而，要将焦平面阵列尽可能的弯曲成理想的球形面是非常困难的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种可调谐焦平面阵列器件及其制备方法。
本发明提供的可调谐焦平面阵列器件制备方法，包括以下步骤：
在衬底上制作焦平面阵列；
将所述焦平面阵列从衬底上分离；
形成半球形聚合物转移支撑衬底；
将所述焦平面阵列转移至所述半球形聚合物转移支撑衬底上，并进行封装；以及
将所述封装后的焦平面阵列粘贴到可变曲率镜面的上表面，通过在所述可变曲率镜面背面的中间位置施加作用力，使所述焦平面阵列可调谐。
本发明的制备方法中，优选为，所述衬底为绝缘体上硅。
本发明的制备方法中，优选为，所述聚合物为聚二甲基硅氧烷。
本发明的制备方法中，优选为，所述将焦平面阵列从衬底上分离，具体包括以下子步骤：
旋涂光刻胶，曝光出器件间的刻蚀区域；
通过反应离子刻蚀表面硅露出氧化硅层；
在浓缩的氢氟酸溶液中浸泡，刻蚀氧化硅层；
去除光刻胶，然后在晶片表面旋涂高分子聚合物，并使其充满刻蚀所形成的空洞区；
在所述高分子聚合物凝聚成形之后，刻蚀出互连图形，淀积金属互连线，在隔离的器件间建立互连；
刻蚀硅通孔，建立湿法刻蚀氧化硅层的通道；以及
继续在浓缩的氢氟酸溶液中浸泡，刻蚀剩余氧化硅层，完成分离步骤。
本发明的制备方法中，优选为，所述将焦平面阵列转移至所述半球形聚合物转移支撑衬底上，具体操作流程为：将所述半球形聚合物转移支撑衬底均匀拉伸为平坦状，然后将所述焦平面阵列转移到其上，利用范德瓦尔斯相互作用使它们粘连在一起，然后使所述聚合物转移支撑衬底复原为半球形。
本发明的备方法中，优选为，所述通过在可变曲率镜面背面的中间位置施加作用力，使所述焦平面阵列可调谐，是把所述可变曲率镜面背面的中间位置与激励装置相连接，通过激励施加推力或者拉力，使所述焦平面阵列可调谐。
本发明还提供一种可调谐焦平面阵列器件，由上述制备方法制备获得，其结构包括：焦平面阵列、可变曲率镜面和激励装置，其中，所述焦平面阵列与所述可变曲率镜面的上表面相互粘合，所述激励装置位于所述可变曲率镜面的背面中间位置，通过施加推力或者拉力，使所述焦平面阵列可调谐。
本发明的可调谐焦平面阵列器件中，优选为，所述焦平面阵列形成在聚合物转移支撑衬底上。
本发明的可调谐焦平面阵列器件中，优选为，所述聚合物为聚二甲基硅氧烷。
本发明的可调谐焦平面阵列器件中，优选为，所述激励装置采用压电陶瓷。
本发明能够使焦平面阵列器件的形变呈球形形变，从而提升光学系统性能的提升，排除其他不规则形变导致的性能损失，易于实现，且效果显著。另外，本发明有利于光学系统更好地收集光源，改善宽视场的成像质量。
附图说明
图1是本发明的可调谐焦平面阵列器件制备方法的流程图。
图2是曝光出器件间的刻蚀区域后的器件结构示意图。
图3是反应离子刻蚀表面硅露出氧化硅层后的器件结构示意图。
图4是湿法刻蚀氧化硅层后的器件结构示意图。
图5是旋涂高分子聚合物后的器件结构示意图。
图6是刻蚀硅通孔后的器件结构示意图。
图7是湿法刻蚀剩余氧化硅层后的器件结构示意图。
图8是形成半球形聚合物转移支撑衬底的示意图。
图9是将焦平面阵列转移至半球形聚合物转移支撑衬底上后的器件结构示意图。
图10是可调谐焦平面阵列器件的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。
图1是本发明的可调谐焦平面阵列器件制备方法的流程图。以下结合图1针对本发明的可调谐焦平面阵列器件制备方法进行详细说明。
步骤S1，在衬底上制作焦平面阵列。在具体的一例中，衬底采用绝缘体上硅，包括支撑Si片100，氧化硅层101以及超薄硅层102。焦平面阵列即形成在超薄硅层102。
步骤S2，将焦平面阵列从衬底上分离。具体而言，包括以下子步骤：
步骤S21，旋涂光刻胶103，曝光出器件间的刻蚀区域，如图2所示；
步骤S22，通过反应离子刻蚀表面超薄硅层102露出氧化硅层101，所得结构如图3所示；
步骤S23，在浓缩的氢氟酸溶液中浸泡，湿法刻蚀氧化硅层101，超薄硅层102覆盖下的部分氧化硅层101也会被刻蚀，所得结构如图4所示；
步骤S24，去除光刻胶103，然后在晶片表面旋涂高分子聚合物104，并使其充满刻蚀所形成的空洞区，所得结构如图5所示；
步骤S25，在高分子聚合物104凝聚成形之后，刻蚀出互连图形，淀积金属互连线，在隔离的器件间建立互连；
步骤S26，刻蚀硅通孔105，建立湿法刻蚀氧化硅层的通道，所得结构如图6所示；
步骤S27，继续在浓缩的氢氟酸溶液中浸泡，湿法刻蚀剩余氧化硅层101，所得结构如图7所示。
步骤S3，形成半球形聚合物转移支撑衬底。其中，聚合物可以选用二甲基硅氧烷。在具体的一例中，在互相匹配的凹凸模型200中灌注聚二甲基硅氧烷（PDMS）的液体预聚物，聚合形成半球形转移支撑衬底201，如图8所示。
步骤S4，将焦平面阵列转移至半球形聚合物转移支撑衬底201上，并进行封装。具体来说，首先，将聚合物转移支撑衬底201均匀拉伸为平坦状，然后将焦平面阵列转移到其上，如图9所示，利用范德瓦尔斯相互作用使它们粘连在一起，然后使聚合物转移支撑衬底复原为半球形。
步骤S5，将封装后的焦平面阵列1，粘贴到可变曲率镜面2的上表面，建立焦平面阵列1与电路板4之间的连接，并通过在可变曲率镜面背面的中间位置施加作用力，使焦平面阵列可调谐。在具体的一例中，通过在可变曲率镜面背面的中间位置安装激励装置3，通过激励施加推力或者拉力，使焦平面阵列1可调谐，如图10所示。该激励装置可以采用压电陶瓷。进一步优选地为锆钛酸铅压电陶瓷。
以上，针对本发明的可调谐焦平面阵列器件制备方法的具体实施方式进行了详细说明，但是本发明不限定于此。各步骤的具体实施方式根据情况可以不同。此外，部分步骤的顺序可以调换，部分步骤可以省略等。
本发明还公开一种可调谐焦平面阵列器件，如图10所示，包括封装后的焦平面阵列1、可变曲率镜面2、激励装置3、电路板4和冷却套管5。其中，封装后的焦平面阵列1与可变曲率镜面2的上表面相互粘合，并与电路板4相连接。激励装置3位于可变曲率镜面2的背面中间位置，通过施加推力或者拉力，使焦平面阵列可调谐。
其中，焦平面阵列形成在聚合物转移支撑衬底上。优选地，聚合物为聚二甲基硅氧烷。激励装置优选采用压电陶瓷，进一步优选地为锆钛酸铅压电陶瓷。
本发明的可调谐焦平面阵列器件及其制备方法，能够使焦平面阵列器件的形变呈球形形变，从而提升光学系统性能的提升，排除其他不规则形变导致的性能损失，易于实现，且效果显著。另外，本发明有利于光学系统更好地收集光源，改善宽视场的成像质量。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可调谐焦平面阵列器件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在衬底上制作焦平面阵列；
将所述焦平面阵列从衬底上分离；
形成半球形聚合物转移支撑衬底；
将所述焦平面阵列转移至所述半球形聚合物转移支撑衬底上，并进行封装；以及
将所述封装后的焦平面阵列粘贴到可变曲率镜面的上表面，通过在所述可变曲率镜面背面的中间位置施加作用力，使所述焦平面阵列可调谐。
2.根据权利要求1所述的可调谐焦平面阵列器件制备方法，其特征在于，所述衬底为绝缘体上硅。
3.根据权利要求1所述的可调谐焦平面阵列器件制备方法，其特征在于，所述聚合物为聚二甲基硅氧烷。
4.根据权利要求2所述的可调谐焦平面阵列器件制备方法，其特征在于，所述将焦平面阵列从衬底上分离，具体流程如下：
旋涂光刻胶，曝光出器件间的刻蚀区域；
通过反应离子刻蚀表面硅露出氧化硅层；
在浓缩的氢氟酸溶液中浸泡，刻蚀氧化硅层；
去除光刻胶，然后在晶片表面旋涂高分子聚合物，并使其充满刻蚀所形成的空洞区；
在所述高分子聚合物凝聚成形之后，刻蚀出互连图形，淀积金属互连线，在隔离的器件间建立互连；
刻蚀硅通孔，建立湿法刻蚀氧化硅层的通道；
继续在浓缩的氢氟酸溶液中浸泡，刻蚀剩余氧化硅层，完成分离。
5.根据权利要求1所述的可调谐焦平面阵列器件制备方法，其特征在于，所述将焦平面阵列转移至所述半球形聚合物转移支撑衬底上，具体流程为：将所述半球形聚合物转移支撑衬底均匀拉伸为平坦状，然后将所述焦平面阵列转移到其上，利用范德瓦尔斯相互作用使它们粘连在一起，然后使所述聚合物转移支撑衬底复原为半球形。
6.根据权利要求1所述的可调谐焦平面阵列器件制备方法，其特征在于，所述通过在可变曲率镜面背面的中间位置施加作用力，使所述焦平面阵列可调谐，是把所述可变曲率镜面背面的中间位置与激励装置相连接，通过激励施加推力或者拉力，使所述焦平面阵列可调谐。
7.一种由权利要求1所述制备方法制备得到的可调谐焦平面阵列器件，其特征在于，包括：
焦平面阵列、可变曲率镜面和激励装置；其中：
所述焦平面阵列与所述可变曲率镜面的上表面相互粘合；
所述激励装置位于所述可变曲率镜面的背面中间位置，通过施加推力或者拉力，使所述焦平面阵列可调谐。
8.根据权利要求7所述的可调谐焦平面阵列器件，其特征在于，所述焦平面阵列形成在聚合物转移支撑衬底上。
9.根据权利要求8所述的可调谐焦平面阵列器件，其特征在于，所述聚合物为聚二甲基硅氧烷。
10.根据权利要求7所述的可调谐焦平面阵列装置，其特征在于，所述激励装置采用压电陶瓷。
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