CN110453279A - 分子束外延用衬底粘接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分子束外延用衬底粘接方法，所述方法包括：将钼托放置在第一夹具上，并在钼托上依次层叠放置铟片、衬底、第二夹具；将组合后的第一夹具、钼托、铟片、衬底和第二夹具放置于真空烘烤箱内，并在第一时间段内抽真空，在第二时间段内加热。采用本发明，能够提高衬底粘接均匀性，避免衬底被沾污、氧化，粘接剂在衬底表面残留等问题，而且粘接方法容易操作，可以实现批量化粘片工艺的开展。

Description

分子束外延用衬底粘接方法

技术领域

本发明涉及分子束外延技术领域，尤其涉及一种分子束外延用衬底粘接方法。

背景技术

相关技术中，通过采用铟粘接方式固定衬底的方法可以解决无铟粘接方式中出现的衬底表面温度控制困难、衬底温度均匀性差、外延片翘曲度大等问题。但现有的铟粘接方法在实现过程中存在衬底表面沾污、容易被氧化、以及由于粘接剂涂抹不均匀造成衬底温度不均匀的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种分子束外延用衬底粘接方法，用以解决现有技术中衬底表面沾污、被氧化、温度不均匀等技术问题。

本发明实施例提供一种分子束外延用衬底粘接方法，包括：

将钼托放置在第一夹具上，并在钼托上依次层叠放置铟片、衬底、第二夹具；

将组合后的第一夹具、钼托、铟片、衬底和第二夹具放置于真空烘烤箱内，并在第一时间段内抽真空，在第二时间段内加热。

根据本发明的一些实施例，方法，还包括：

在钼托上依次层叠放置铟片、衬底、第二夹具之前，清洗铟片。

进一步地，清洗铟片，包括：

在丙酮中超声清洗铟片；

在甲醇中超声清洗铟片。

根据本发明的一些实施例，方法，还包括：

在钼托上依次层叠放置铟片、衬底、第二夹具之前，制备与衬底适配的铟片。

根据本发明的一些实施例，钼托呈平板状，钼托的周缘设有多个凸耳，第一夹具呈桶状，第一夹具的一端设有与多个凸耳一一对应的多个缺口，每个凸耳适于定位于其对应的缺口内；

将钼托放置在第一夹具上，包括：

将钼托的多个凸耳装配置第一夹具的多个缺口中。

根据本发明的一些实施例，在钼托上依次层叠放置铟片、衬底、第二夹具，包括：

在钼托远离第一夹具的一侧同轴铺设铟片；

在铟片远离钼托的一侧同轴铺设衬底；

将环形第二夹具压在衬底远离铟片的一侧。

进一步地，铟片的直径与衬底的直径之差为L，0㎜＜L≤4㎜。

根据本发明的一些实施例，铟片的厚度为H，0.1㎜≤H≤0.3㎜。

根据本发明的一些实施例，在第一时间段内抽真空，在第二时间段内加热，包括：

抽真空至10mbar以下，并保持6小时至8小时；

加热至170℃，并保持6小时至8小时。

根据本发明的一些实施例，方法，还包括：

在第一时间段内抽真空后以及在第二时间段内加热时，往真空烘烤箱内持续充氮气。

采用本发明实施例，能够较好地解决相关技术中铟粘接衬底操作中粘接剂不均匀、粘接效果不可控、衬底氧化、粘接剂表面残留等问题，而且易于操作，可以实现批量化粘片工艺的开展。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例中分子束外延用衬底粘接方法的流程图；

图2是本发明实施例中分子束外延用衬底粘接方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开

图1是根据本发明实施例的分子束外延用衬底粘接方法的流程图，如图1所示，分子束外延用衬底粘接方法包括：

S101，将钼托放置在第一夹具上，并在钼托上依次层叠放置铟片、衬底、第二夹具。

在步骤S101中，铟片是一种形态呈片状的固态粘接剂，第一夹具与第二夹具可以用于夹紧钼托、铟片和衬底，以固定钼托、铟片及衬底的相对位置，还可以实现在不接触衬底及钼托的前提下方便地转移衬底和钼托。

S102，将组合后的第一夹具、钼托、铟片、衬底和第二夹具放置于真空烘烤箱内，并在第一时间段内抽真空，在第二时间段内加热。

在步骤S102中，将铟片放置于真空烘烤箱中加热过程中，铟片会融化成液态的、不具有固定形状的粘接剂，待停止加热后，液态的粘接剂冷却后成为固态，以粘接钼托与衬底。

采用本发明实施例，通过采用铟片粘接衬底和钼托，可以提高粘接均匀性，避免人工涂抹粘接剂过程中涂抹的不均匀性，造成衬底温度不均匀，另外，通过第一夹具与第二夹具固定钼托、铟片及衬底，可以方便衬底的转移，且在高温粘接过程中第二夹具自身的重力还可以对衬底形成压力，使钼托和衬底粘接效果更牢靠。而且，通过对真空烘烤箱抽真空，不仅可以使得钼托、铟片、衬底三者之间没有气体，获得更加牢固、均匀的粘接效果，还可以避免衬底被氧化。

在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。

为了保障钼托与衬底的粘接效果，根据本发明的一些实施例，粘接方法，还包括：

在钼托上依次层叠放置铟片、衬底、第二夹具之前，清洗铟片。

通过该步骤，可以保持铟片表面的清洁性，以保证铟片的粘贴性，从而可以保障钼托与衬底的粘接效果。

进一步地，清洗铟片，包括：

在丙酮中超声清洗铟片；

在甲醇中超声清洗铟片。

例如，可以先将铟片放入丙酮中超声清洗第一预设时长，其次再放入甲醇中超声清洗第二预设时长，然后用甲醇冲洗第三预设时长，最后将铟片晾干。

根据本发明的一些实施例，粘接方法，还可以包括：

在钼托上依次层叠放置铟片、衬底、第二夹具之前，制备与衬底适配的铟片。

需要说明的是，这里所提到的“与衬底适配的铟片”可以理解为铟片的形状与衬底的形状相同，铟片融化又凝固后适于覆盖衬底90％以上的区域且不会超出衬底的边缘。例如，衬底可以为直径为76㎜的圆形衬底，可以制备直径为73㎜的圆形铟片。

根据本发明的一些实施例，钼托呈平板状，钼托的周缘设有多个凸耳，第一夹具呈桶状，第一夹具的一端设有与多个凸耳一一对应的多个缺口，每个凸耳适于定位于其对应的缺口内；

将钼托放置在第一夹具上，包括：

将钼托的多个凸耳装配置第一夹具的多个缺口中。

由此，可以利用第一夹具上的缺口定位钼托上的凸耳，从而实现钼托与第一夹具的定位装配。

根据本发明的一些实施例，在钼托上依次层叠放置铟片、衬底、第二夹具，包括：

在钼托远离第一夹具的一侧同轴铺设铟片；

在铟片远离钼托的一侧同轴铺设衬底；

将环形第二夹具压在衬底远离铟片的一侧。

进一步地，铟片的直径与衬底的直径之差为L，0㎜＜L≤4㎜。例如，衬底可以为直径为76㎜的圆形衬底，可以制备直径为73㎜的圆形铟片。

根据本发明的一些实施例，铟片的厚度为H，0.1㎜≤H≤0.3㎜。

根据本发明的一些实施例，在第一时间段内抽真空，在第二时间段内加热，包括：

抽真空至10mbar以下，并保持6小时至8小时；

加热至170℃，并保持6小时至8小时。

根据本发明的一些实施例，粘接方法，还包括：

在第一时间段内抽真空后以及在第二时间段内加热时，往真空烘烤箱内持续充氮气。

需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

下面以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的分子束外延用衬底粘接方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

随着红外焦平面技术的发展，红外焦平面探测器正向着大面阵、双多色的第三代焦平面探测器领域发展。在众多焦平面探测器中，基于碲镉汞材料的焦平面探测器由于其较高的量子效率、探测光谱范围在全谱段可调等诸多优点占据着绝对的市场份额。

在实现分子束外延碲镉汞材料的外延过程中，衬底温度的变化对晶体质量会产生很大的影响：生长温度过高或过低，易形成多晶或孪晶结构，影响器件的性能；温度均匀性则直接影响材料性能进而影响组件性能。另外，衬底温度改变，原子的粘附系数尤其汞原子的粘附系数随之改变，使得材料的化学配比必然发生变化，随着生长的进行，碲镉汞的组分会产生波动，造成材料的Z方向组分不均匀。因此，碲镉汞的生长温度是影响材料生长的重要参数。

相关技术中，采用硅衬底或碲锌镉衬底无铟粘接钼托，由于衬底发射率与碲镉汞发射率不同、热偶与衬底不直接接触，外延表面的实际生长温度不能够直接、即时得到反馈，控制十分困难，而且，由于无铟粘接钼托自身结构特点，在大尺寸衬底上外延碲镉汞材料时，衬底上温度均匀性差，尤其边缘部分，还会造成外延片翘曲度大，给后续器件工艺增加难度。

考虑到无铟粘接固定衬底方式中的上述缺点后，厂家通常会采用铟粘接方法固定衬底。但是，现有的铟粘接方法在实现过程中存在以下几个难点：1、粘接过程中易碰触衬底材料表面，导致表面沾污从而影响外延质量，2、粘接操作过程在空气气氛中进行，导致衬底表面氧化层，影响外延质量；3、铟粘接的效果过度依赖操作人员个人经验，这会导致粘接剂均匀性、粘接操作重复性较差；4、铟粘接过程中衬底边缘处的铟残留影响分子束外延过程。

为了解决以上难题，本发明实施例提供一种分子束外延用衬底粘接方法，该衬底可以用于分子束外延碲镉汞材料，衬底可以为硅衬底或碲锌镉衬底，衬底可以选用76㎜的圆形衬底。

图2是根据本发明实施例的分子束外延用衬底粘接方法的流程图，如图2所示，粘接方法包括：

S201，制备直径为73mm、厚度为0.2mm的圆形铟片；

S202，利用聚四氟乙烯材料制成的夹子将铟片放入丙酮中进行超声清洗10～15分钟，以去除表面油脂，之后取出，用丙酮冲洗30～60秒；

S203，将使用丙酮清洗后的铟片放入到甲醇中超声清洗五分钟，随后取出并使用甲醇冲洗30～60秒后晾干；

S204，清洗衬底和钼托；

S205，将钼托装配至第一夹具，在钼托远离第一夹具的一侧同轴铺设铟片，在铟片远离钼托的一侧同轴铺设衬底，将环形第二夹具压在衬底远离铟片的一侧；

S206，将组合后的第一夹具、钼托、铟片、衬底和第二夹具放置于通高纯氮气的真空烘烤箱内，抽真空至10mbar以下保持6～8小时，然后加热至170℃保持6～8小时。

通过上述步骤后可以实现衬底的铟粘接，还可以达到如下有益效果是：

1、采用与衬底适配的铟片可以避免人工使用铟丝粘接过程中存在粘结剂残留在衬底之外、粘接效果差、不易操作等问题，可以实现大批量操作；

2、通过第一夹具与第二夹具的配合使用，不仅可以实现铟片和衬底位置的固定，而且第二夹具在铟片融化粘接过程中也能给衬底一个压力，以加强粘接效果；

3、采用真空烘烤箱烘烤铟片可以避免衬底在高温粘接过程中被氧化，抽真空排气的方法也比传统的手工推动衬底的方法更加有效率；

4、铟片融化粘接的过程排除了人工操作引入的不确定性，保证粘接效果的一致性，适合大批量的粘接操作。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分子束外延用衬底粘接方法，其特征在于，包括：

将钼托放置在第一夹具上，并在所述钼托上依次层叠放置铟片、衬底、第二夹具；

将组合后的所述第一夹具、所述钼托、所述铟片、所述衬底和所述第二夹具放置于真空烘烤箱内，并在第一时间段内抽真空，在第二时间段内加热。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括：

在所述钼托上依次层叠放置铟片、衬底、第二夹具之前，清洗所述铟片。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述清洗所述铟片，包括：

在丙酮中超声清洗所述铟片；

在甲醇中超声清洗所述铟片。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括：

在钼托上依次层叠放置铟片、衬底、第二夹具之前，制备与所述衬底适配的铟片。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钼托呈平板状，所述钼托的周缘设有多个凸耳，所述第一夹具呈桶状，所述第一夹具的一端设有与多个所述凸耳一一对应的多个缺口，每个所述凸耳适于定位于其对应的所述缺口内；

所述将钼托放置在第一夹具上，包括：

将所述钼托的多个所述凸耳装配置所述第一夹具的多个所述缺口中。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在钼托上依次层叠放置铟片、衬底、第二夹具，包括：

在所述钼托远离所述第一夹具的一侧同轴铺设铟片；

在所述铟片远离所述钼托的一侧同轴铺设衬底；

将环形第二夹具压在衬底远离所述铟片的一侧。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述铟片的直径与所述衬底的直径之差为L，0㎜＜L≤4㎜。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铟片的厚度为H，0.1㎜≤H≤0.3㎜。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在第一时间段内抽真空，在第二时间段内加热，包括：

抽真空至10mbar以下，并保持6小时至8小时；

加热至170℃，并保持6小时至8小时。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括：

在第一时间段内抽真空后以及在第二时间段内加热时，往所述真空烘烤箱内持续充氮气。