CN111640803B - 红外焦平面探测器的芯片组件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外焦平面探测器的芯片组件及其制备方法。红外焦平面探测器的芯片组件，包括：锑化铟芯片；一氧化硅薄膜，设于锑化铟芯片的背面。采用本发明，通过采用一种机械附着力、硬度及应力、以及化学性质稳定性均比硫化锌还高的一氧化硅作为制备锑化铟芯片背增透薄膜的薄膜材料，可以避免背增透薄膜脱模的情况，提高探测器性能的稳定性，且一氧化硅薄膜表面光洁，一氧化硅薄膜的附着力、牢固度满足了红外焦平面探测器使用的环境要求，提高了批量生产红外焦平面探测器的合格率，有利于降低成本。

Description

红外焦平面探测器的芯片组件及其制备方法
技术领域
本发明涉及红外探测器技术领域，尤其涉及一种红外焦平面探测器的芯片组件及其制备方法。
背景技术
红外焦平面探测技术具有光谱响应波段宽、可获得更多地面目标信息、能昼夜工作等显著优点，广泛应用于农牧业、森林资源的调查、开发和管理、气象预报、地热分布、地震、火山活动，太空天文探测等领域。
锑化铟(InSb)是高性能红外焦平面探测器的核心材料，通过器件工艺制备芯片后，正面与读出电路互联后，芯片整体粘附在玻璃基板上，锑化铟(InSb)材料向上，先后采用机械研磨或车削、机械抛光和化学抛光的方法，减薄和抛光芯片。红外光从抛光后锑化铟(InSb)芯片的正面入射，当入射光照射到探测器上时，在表面会发生反射，减小了到达吸收层的光的能量，从而降低了探测器的响应率，同时这些反射会在探测器内形成杂散光，影响探测器的信号。
为了使足够的红外光能够到达探测器，保证探测器的性能，背减抛光后的锑化铟(InSb)芯片需要镀制一层薄膜材料作为增透膜。一般制备锑化铟(InSb)芯片背增透薄膜材料为硫化锌(ZnS)。由于硫化锌(ZnS)薄膜材料的机械附着力、硬度及应力、化学性质稳定性差，制备后背增透薄膜在与探测器低温环境条件下(一般为77K)发生脱膜的现象，从而降低了器件性能及其均匀性。
发明内容
本发明实施例提供一种红外焦平面探测器的芯片组件及其制备方法，用以解决现有技术中芯片与背增透薄膜脱模的问题。
根据本发明实施例的红外焦平面探测器的芯片组件，包括：
锑化铟芯片；
一氧化硅薄膜，设于所述锑化铟芯片的背面。
根据本发明的一些实施例，所述一氧化硅薄膜的透明波段在0.4微米至9微米之间。
在本发明的一些实施例中，所述一氧化硅薄膜的折射率为1.80。
根据本发明的一些实施例，所述一氧化硅薄膜完全覆盖所述锑化铟芯片的背面。
根据本发明的一些实施例，所述锑化铟芯片的厚度在10微米至20微米之间；
所述一氧化硅薄膜的厚度在
Figure BDA0002496041440000021
至
Figure BDA0002496041440000022
之间。
根据本发明实施例的红外焦平面探测器，包括：
芯片组件，所述芯片组件为如上所述的红外焦平面探测器的芯片组件。
根据本发明实施例的如上所述红外焦平面探测器的芯片组件的制备方法，包括：
制备锑化铟芯片，并将所述锑化铟芯片放入具备真空环境的制膜设备中；
将一氧化硅薄膜制备于所述锑化铟芯片的背面。
根据本发明的一些实施例，所述将锑化铟芯片放入具备真空环境的制膜设备中，包括：
将所述锑化铟芯片放入制膜设备的真空腔室的工件转动系统上；
对所述真空腔室抽真空；
将所述工件转动系统的转速调整在每秒40至80转之间；
将所述工件转动系统的加热温度调整在0摄氏度至60摄氏度之间并持续预设时间段，所述预设时间段的时长在20分钟至50分钟之间。
根据本发明的一些实施例，所述将一氧化硅薄膜制备于所述锑化铟芯片的背面，包括：
采用热蒸发方法、电子束蒸发方法、或溅射方法将一氧化硅薄膜制备于所述锑化铟芯片的背面；
所述一氧化硅薄膜的蒸发速率介于每秒
Figure BDA0002496041440000031
至
Figure BDA0002496041440000032
之间。
根据本发明的一些实施例，所述方法，还包括：
将设有一氧化硅薄膜的锑化铟芯片放入沸水中浸泡1分钟；
将经过沸水浸泡后的设有一氧化硅薄膜的锑化铟芯片放入液氮中浸泡1分钟后冷热冲击循环50次；
将经过冷热冲击循环50次后的设有一氧化硅薄膜的锑化铟芯片经过胶带粘揭50次后，用显微镜50倍镜检，并判定无起泡、起皮现象的设有一氧化硅薄膜的锑化铟芯片为合格品。
采用本发明实施例，通过采用一种机械附着力、硬度及应力、以及化学性质稳定性均比硫化锌还高的一氧化硅作为制备锑化铟芯片背增透薄膜的薄膜材料，可以避免背增透薄膜脱模的情况，提高探测器性能的稳定性，且一氧化硅薄膜表面光洁，一氧化硅薄膜的附着力、牢固度满足了红外焦平面探测器使用的环境要求，提高了批量生产红外焦平面探测器的合格率，有利于降低成本。
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。在附图中：
图1是本发明实施例中红外焦平面探测器的芯片组件的结构示意图；
图2是本发明实施例中红外焦平面探测器的芯片组件的制备方法流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明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发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，根据本发明实施例的红外焦平面探测器的芯片组件1，包括：
锑化铟芯片10；
一氧化硅薄膜20，设于锑化铟芯片的背面。
采用本发明实施例，通过采用一种机械附着力、硬度及应力、以及化学性质稳定性均比硫化锌还高的一氧化硅作为制备锑化铟芯片背增透薄膜的薄膜材料，可以避免背增透薄膜脱模的情况，提高探测器性能的稳定性，且一氧化硅薄膜表面光洁，一氧化硅薄膜的附着力、牢固度满足了红外焦平面探测器使用的环境要求，提高了批量生产红外焦平面探测器的合格率，有利于降低成本。
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。
根据本发明的一些实施例，一氧化硅薄膜20的透明波段在0.4微米至9微米之间。例如，一氧化硅薄膜20的透明波段可以是0.4微米、3微米、6微米、或9微米。
在本发明的一些实施例中，一氧化硅薄膜20的折射率为1.80。
根据本发明的一些实施例，一氧化硅薄膜20完全覆盖锑化铟芯片10的背面。可以理解的是，锑化铟芯片10的背面的任何区域均设有一氧化硅薄膜20。
根据本发明的一些实施例，锑化铟芯片10的厚度在10微米至20微米之间。例如，锑化铟芯片10的厚度可以为10微米、15微米、或20微米。一氧化硅薄膜20的厚度在
Figure BDA0002496041440000041
至
Figure BDA0002496041440000042
之间。例如，一氧化硅薄膜20的厚度可以为
Figure BDA0002496041440000043
Figure BDA0002496041440000044
或
Figure BDA0002496041440000045
根据本发明实施例的红外焦平面探测器，包括：
芯片组件，芯片组件为如上所述的红外焦平面探测器的芯片组件。
采用本发明实施例，通过采用一种机械附着力、硬度及应力、以及化学性质稳定性均比硫化锌还高的一氧化硅作为制备锑化铟芯片背增透薄膜的薄膜材料，可以避免背增透薄膜脱模的情况，提高探测器性能的稳定性，且一氧化硅薄膜表面光洁，一氧化硅薄膜的附着力、牢固度满足了红外焦平面探测器使用的环境要求，提高了批量生产红外焦平面探测器的合格率，有利于降低成本。
如图2所示，根据本发明实施例的如上所述红外焦平面探测器的芯片组件的制备方法，包括：
S1，制备锑化铟芯片，并将锑化铟芯片放入具备真空环境的制膜设备中；
S2，将一氧化硅薄膜制备于锑化铟芯片的背面。
采用本发明实施例，通过采用一种机械附着力、硬度及应力、以及化学性质稳定性均比硫化锌还高的一氧化硅作为制备锑化铟芯片背增透薄膜的薄膜材料，可以避免背增透薄膜脱模的情况，提高探测器性能的稳定性，且一氧化硅薄膜表面光洁，一氧化硅薄膜的附着力、牢固度满足了红外焦平面探测器使用的环境要求，提高了批量生产红外焦平面探测器的合格率，有利于降低成本。
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。
根据本发明的一些实施例，所述将锑化铟芯片放入具备真空环境的制膜设备中，包括：
将锑化铟芯片放入制膜设备的真空腔室的工件转动系统上；
对真空腔室抽真空；
将工件转动系统的转速调整在每秒40至80转之间；
将工件转动系统的加热温度调整在0摄氏度至60摄氏度之间并持续预设时间段，预设时间段的时长在20分钟至50分钟之间。
根据本发明的一些实施例，所述将一氧化硅薄膜制备于锑化铟芯片的背面，包括：
采用热蒸发方法、电子束蒸发方法、或溅射方法将一氧化硅薄膜制备于锑化铟芯片的背面；
一氧化硅薄膜的蒸发速率介于每秒
Figure BDA0002496041440000061
至
Figure BDA0002496041440000062
之间。
根据本发明的一些实施例，所述方法，还包括：
将设有一氧化硅薄膜的锑化铟芯片放入沸水中浸泡1分钟；
将经过沸水浸泡后的设有一氧化硅薄膜的锑化铟芯片放入液氮中浸泡1分钟后冷热冲击循环50次；
将经过冷热冲击循环50次后的设有一氧化硅薄膜的锑化铟芯片经过胶带粘揭50次后，用显微镜50倍镜检，并判定无起泡、起皮现象的设有一氧化硅薄膜的锑化铟芯片为合格品。
下面以几个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的红外焦平面探测器的芯片组件的制备方法。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。
实施例一
根据本发明实施例的红外焦平面探测器的芯片组件的制备方法，包括：
制备锑化铟芯片。
该步骤具体包括：通过器件工艺制备锑化铟材料件；将锑化铟材料件的正面与读出电路互联后，锑化铟材料件整体粘附在玻璃基板上；锑化铟材料件向上，先后采用机械研磨或车削、机械抛光和化学抛光的方法处理锑化铟材料件，获得锑化铟芯片。锑化铟芯片的厚度为10微米—20微米。
采用透明波段在0.4微米至9微米，折射率为1.80的一氧化硅材料制备锑化铟芯片背增透薄膜。
该步骤具体包括：将被镀锑化铟芯片和测试陪片抛光面朝下放入特制的夹具上，装入具有高真空系统镀膜设备的真空腔室的工件转动系统上，关上腔室大门，按抽真空按键对真空腔室进行抽真空工艺流程，设置工件转动系统的转速、工件转动系统的加热温度、工件转动系统的加热时间、及待镀一氧化硅材料的蒸发速率和厚度。例如，设置蒸发速率为
Figure BDA0002496041440000071
工件转动系统的转速40转/s-80转/s、工件转动系统的加热温度0℃-60℃及加热时间为20分钟-50分钟。
当真空度、温度及加热时间达到设定值后点击开始按钮对锑化铟芯片进行热蒸发系统制备背增透薄膜。镀制结束后腔室降温至常温时取出陪片及锑化铟芯片，并对陪片进行光学测试，芯片进行性能测试。锑化铟芯片背增透薄膜的一氧化硅薄膜的厚度为
Figure BDA0002496041440000072
对锑化铟芯片背增透薄膜进行薄膜牢固度认证。
该步骤具体包括：将锑化铟芯片背增透薄膜在沸水中浸泡1分钟，1分钟后立即再将其放入盛有液氮的容器里继续浸泡1分钟，冷热冲击循环50次，50次冷热冲击后再经过胶带粘揭50次，用NiKonSMZ645显微镜50倍镜检，无起泡、起皮现象为合格。
采用本发明实施例，一氧化硅薄膜的在2微米-8微米波长范围内透过率大于62％且表面光洁，无脱膜情况出现，且探测器的性能有了很大的提高。
实施例二：
与实施例一中利用热蒸发制备锑化铟芯片背增透薄膜不同的是，在本实施例中，是利用电子束蒸发制备锑化铟芯片背增透薄膜。当真空度、温度及加热时间达到设定值后点击开始按钮对芯片进行电子束蒸发系统制备薄膜。
实施例三
与实施例一不同的是，在本实施例中，是以一氧化硅材料为靶材，采用具备高真空的真空系统的磁控溅射设备，溅射制备锑化铟芯片背增透薄膜。将被镀锑化铟芯片和测试陪片抛光面朝上放入具有高真空系统溅射镀膜机的工件转动系统上，关上腔室大门，按抽真空按键对腔室进行抽真空工艺流程，设置工件转动系统的转速、工件转动系统的加热温度、工件转动系统的加热时间、一氧化硅靶材溅射功率、时间及氩气(Ar)充气量。当真空度、温度及加热时间达到设定值后点击开始按钮对锑化铟芯片实行溅射制备。
实施例四
与实施例一不同的是，在本实施例中，是以硅(Si)为靶材，采用具备高真空的真空系统的磁控溅射设备，溅射制备锑化铟芯片背增透薄膜。将被镀锑化铟芯片和测试陪片抛光面朝上放入具有高真空系统溅射镀膜机的工件转动系统上，关上腔室大门，按抽真空按键对腔室进行抽真空工艺流程，设置工件转动系统的转速、工件转动系统的加热温度、工件转动系统的加热时间、硅靶材溅射功率、时间及氩气(Ar)、氧气(O2)充气量。当真空度、温度及加热时间达到设定值后点击开始按钮对芯片实行溅射制备。
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。
在本说明书的描述中，在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。另外，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。尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。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。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
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。

Claims (1)

1.一种红外焦平面探测器的芯片组件的制备方法，其特征在于，包括：
将锑化铟芯片放入制膜设备的真空腔室的工件转动系统上；
对所述真空腔室抽真空；
将所述工件转动系统的转速调整在每秒40至80转之间；
将所述工件转动系统的加热温度调整在0摄氏度至60摄氏度之间并持续预设时间段，所述预设时间段的时长在20分钟至50分钟之间；采用热蒸发方法、电子束蒸发方法、或溅射方法将一氧化硅薄膜制备于所述锑化铟芯片的背面；
所述一氧化硅薄膜的蒸发速率介于每秒10Å至30Å之间；
将设有一氧化硅薄膜的锑化铟芯片放入沸水中浸泡1分钟；
将经过沸水浸泡后的设有一氧化硅薄膜的锑化铟芯片放入液氮中浸泡1分钟后冷热冲击循环50次；
将经过冷热冲击循环50次后的设有一氧化硅薄膜的锑化铟芯片经过胶带粘揭50次后，用显微镜50倍镜检，并判定无起泡、起皮现象的设有一氧化硅薄膜的锑化铟芯片为合格品。
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