CN1288760C - 无可见光干扰读出电路的氮化镓基探测器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无可见光干扰读出电路的氮化镓基探测器，包括：列阵芯片和读出电路，其特征在于：在列阵芯片和读出电路之间有一可吸收可见光的黑聚酰亚胺夹层。并同时公开了该探测器的制备方法，主要是黑聚酰亚胺夹层的制备方法。由于夹层采用黑聚酰亚胺层，当入射信号从探测器的背面入射时，夹层吸收可见光，以此来提高读出电路的工作性能。并且夹层不但可屏蔽可见光对硅读出电路的影响，还可以起到对读出电路、氮化镓基芯片和铟柱的钝化作用，因此，提高了紫外焦平面器件的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测器，具体是指一种无可见光干扰读出电路的氮化镓基探测器及制备方法。
背景技术
氮化镓(GaN)基焦平面列阵探测器主要由列阵芯片和读出电路组成。对于焦平面列阵探测器，一般采用铟柱倒焊互连的方法，将读出电路与列阵芯片互连到一起，形成焦平面列阵探测器，即所谓的背入射结构。然而，由于氮化镓基材料的宽禁带特点，他们对可见光基本不吸收，使得部分可见光可以透过氮化镓照射到读出电路上，使读出电路在不同程度上受到可见光的干扰。因此，当这类焦平面器件工作于入射信号包括紫外和可见光成分的情况下，会出现一些不必要的、甚至是影响器件工作的现象，比如：假信号现象、长时间工作的温升、温漂和读出电路老化等，这些现象影响探测器的整体性能。但到目前为止，有关解决这方面技术的报道还没有公开的文献，可能是鉴于军事上的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提出一种无可见光干扰的读出电路的氮化镓基焦平面探测器，使其读出电路在无可见光的状态下工作，以提高器件的稳定性、可靠性和工作寿命。同时还提出了该种结构器件的制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
氮化镓基探测器包括：列阵芯片1和读出电路2，在列阵芯片和读出电路之间有一可吸收可见光的黑聚酰亚胺层3。当入射信号从探测器的背面入射时，由于夹层的存在，夹层吸收可见光，可见光到达不了读出电路，以此来提高读出电路的工作性能。
上述结构的氮化镓基探测器制备方法包括如下步骤：
1.列阵芯片的制备：
列阵芯片1采用已有的常规工艺，将带有白宝石衬底101的多层氮化镓基材料通过光刻、反应离子刻蚀、金属电极制备等半导体工艺，形成背照式列阵光敏元102，并在每个光敏元上光刻出铟柱图形，待用。
2.读出电路的制备：
读出电路2由硅材料制成，采用常规工艺在硅片上通过光刻、离子注入、刻蚀等工艺形成读出电路，并制作用于互连的铟柱201。
3.夹层的制备：
在列阵芯片或者读出电路上制备黑聚酰亚胺层3。
4.最后在列阵芯片铟柱区制作互连用铟柱103，与读出电路上的铟柱201一一对应，将光敏元铟柱和读出电路铟柱一一对应加热倒焊互连形成一种无可见光干扰读出电路的氮化镓基探测器。
所说的黑聚酰亚胺层3的制备方法如下：
A.将芳香二胺和二酸酐以0.9∶1-1.5∶1的质量比，在纯氮气环境下，在70-78℃温度下，开环加成16-18小时生成聚酰胺酸。
B.将生成的聚酰胺酸和环氧黑色素以9∶1-12∶1的质量比混合，并充分搅拌均匀，生成黑聚酰胺酸，避光低温保存待用。
C.当要使用时，在室温下，将先前配好的黑聚酰胺酸溶于二氮二甲基乙酰胺，浓度为10-15％。
D.将光刻好铟柱图形的列阵芯片放在匀胶机上，滴入先前配好的黑聚酰胺酸和二氮二甲基乙酰胺混合溶液，以2500-3000转/分的速度匀胶，然后将其水平放置50℃烘箱内，烘20-24小时，将有机溶剂烘干，生成4-7微米厚的黑聚酰亚胺，如厚度达不到要求，可重复上述匀胶过程。
E.再用乙醇浮胶法迅速将铟柱位置的黑聚酰亚胺去除，放在50℃烘箱内，烘2小时，将残留乙醇去除。
F.在纯氮气环境中，将列阵芯片升温至250-350℃，使黑聚酰亚胺层脱水环化。然后将其放置于真空室内，抽真空24小时，尽量排除体内气体。
由此制成的4-7微米厚的黑聚酰亚胺层遮光率可高达93％以上，且有理想的稳定性、放气率和绝缘性。
上述器件结构的最大优点是：
1.由于中间夹层采用黑聚酰亚胺层，消除了可见光对硅读出电路的影响，提高了焦平面器件的稳定性。
2.中间夹层不但屏蔽了可见光对硅读出电路的影响，还可以起到对读出电路、氮化镓基芯片和铟柱的钝化作用，提高了紫外焦平面器件的可靠性。
附图说明
图1为本发明的列阵焦平面器件平面示意图；
图2为图1的A-A剖面示意图；
图3为黑聚酰亚胺层波长与透过率的关系曲线图。
具体实施方式
本发明成功的关键是夹层材料的选取、配比和制备工艺。器件对夹层的要求是：
必须有极小的气体饱和率以保证器件在真空环境中工作时不膨胀以至将铟柱拉断，同时必需很小的放气率以保证真空度；
铟柱加热互联过程中温度将高达250-300℃，因此夹层在此温度下必需不可碳化，不可分解，不可软化变形；
夹层还要有良好的绝缘性，因为铟柱是裸露的信号导线，夹层和它们直接接触，所以必须防止信号串音，且夹层平整度要好。
下面本发明人提供一个较优化的黑聚酰亚胺层配比和制备工艺：
A.芳香二胺和二酸酐以1∶1的质量比，在纯氮气环境下，在75℃温度下，开环加成16小时生成聚酰胺酸。
B.将生成的聚酰胺酸和环氧黑色素以9∶1的质量比混合，并充分搅拌均匀，生成黑聚酰胺酸，避光低温保存待用。
C.当要使用时，在室温下，将先前配好的黑聚酰胺酸溶于二氮二甲基乙酰胺，浓度为12％。
D.将光刻好铟柱图形的列阵芯片放在匀胶机上，滴入2ml先前配好的黑聚酰胺酸和二氮二甲基乙酰胺混合溶液，以3000转/分的速度匀胶，然后将其水平放置50℃烘箱内，烘20-24小时，将有机溶剂烘干，生成5微米厚的聚酰亚胺夹层。
E.再用乙醇浮胶法迅速将铟柱位置的聚酰亚胺去除，放在50℃烘箱内，烘2小时，将残留乙醇去除。
F.在纯氮气环境中，将列阵芯片升温至350℃，使黑聚酰亚胺层脱水环化。然后将其放置于真空室内，抽真空24小时，尽量排除体内气体。
上述工艺制备的黑聚酰亚胺层厚度为5mm，其对可见光的遮光率见图3。
Claims (2)
1.一种无可见光干扰读出电路的氮化镓基探测器，包括：列阵芯片(1)和读出电路(2)，其特征在于：在列阵芯片和读出电路之间有一可吸收可见光的4-7微米厚的黑聚酰亚胺层(3)。
2.一种无可见光干扰读出电路的氮化镓基探测器的制备方法，包括如下步骤：
A.列阵芯片(1)的制备：
列阵芯片采用已有的常规工艺，将带有白宝石衬底(101)的多层氮化镓基材料通过光刻、反应离子刻蚀、金属电极制备的半导体工艺，形成背照式列阵光敏元(102)，并在每个光敏元上光刻出铟柱图形，待用；
B.读出电路(2)的制备：
读出电路由硅材料制成，采用常规工艺在硅片上通过光刻、离子注入、刻蚀工艺制备读出电路，并在读出电路上制作用于互连的铟柱(201)；
C.夹层的制备：
在列阵芯片或读出电路上制备黑聚酰亚胺层(3)；
D.最后在列阵芯片铟柱区制作互连用铟柱(103)，与读出电路上的铟柱(201)一一对应，将光敏元铟柱和读出电路铟柱一一对应加热倒焊互连形成一种无可见光干扰读出电路的氮化镓基探测器；
其特征在于：步骤C.黑聚酰亚胺层(3)的制备方法：
C1.将芳香二胺和二酸酐以0.9∶1-1.5∶1的质量比，在纯氮气环境下，在70-78℃温度下，开环加成16-18小时生成聚酰胺酸；
C2.将生成的聚酰胺酸和环氧黑色素以9∶1-12∶1的质量比混合，并充分搅拌均匀，生成黑聚酰胺酸，避光低温保存待用；
C3.当要使用时，在室温下，将先前配好的黑聚酰胺酸溶于二氮二甲基乙酰胺，浓度为10-15％；
C4.将光刻好铟柱图形的列阵芯片放在匀胶机上，滴入先前配好的黑聚酰胺酸和二氮二甲基乙酰胺混合溶液，以2500-3000转/分的速度匀胶，然后将其水平放置50℃烘箱内，烘20-24小时，将有机溶剂烘干，生成4-7微米厚的黑聚酰亚胺层，如厚度达不到要求，可重复上述匀胶过程；
C5.再用乙醇浮胶法迅速将铟柱位置的黑聚酰亚胺去除，放在50℃烘箱内，烘2小时，将残留乙醇去除；
C6.在纯氮气环境中，将列阵芯片升温至250-350℃，使黑聚酰亚胺层脱水环化，然后将其放置于真空室内，抽真空24小时，尽量排除体内气体。
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