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Verfahren zur Herstellung von Elementen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer
Anzahl von Infrarotdetektorelementen mit je einem Körper aus einem für Infrarot
empfindlichen Material mit einer nahezu rechteckigen Oberflächenkonfiguration, der
mit zwei auf Abstand liegenden elektrischen Kontakten niedrigen Widerstandes auf
einer Fläche des Körpers auf beiden Seiten eines empfindlichen Gebietes des Elements
versehen ist.
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Die Herstellung von Infrarotdetektoranordnungen umfasst die Bildung
von Infrarotdetektorelementen, die Anbringung der Elemente auf geeigneten Substraten,
die Bildung elektrischer Anschlüsse an den Elementen, die Prüfung der mit diesen
Anschlüssen versehenen Elemente
und schliesslich die endgültige
Unterbringung der Elemente samt den Kontakten in einer geeigneten Uilüllung. Infrarotdetektoranordnungen
enthalten in gewissen Ausführungen nur ein einziges Infrarotdetektorelement und
in anderen Ausführungen eine Anzahl von Infrarotdetektorelementen, die z.B. gemäss
einer linearen Matrix angeordnet sind.
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Für Anordnungen, deren Wirkung von der Eigeuphotoleitfähigkeit des
für Infrarot empfindlichen Materials abhängt, umfasst die Herstellung #er Elemente
Schritte, wie Vorbereitung von Material, Definition von Elementen durch eine Kombination
von Atz- und Poliertechniken, Oberflächenbehandlungen und das Anbringen von Kontaktschichten.
Für einige Infrarotdetektoranordnungen lässt sich das verwendete infrarotempfindliche
Material, zBBe Kadmiumquecksilber tellurid, schwer vorbereiten und ist teuere Daher
sind alle Schritte bei der Herstellung von Elementen, die zu Einsparungen beim C-ebrauch
eines solchen Materials führen, von grossem Interesse. Es ergibt sich aber das Problem,
dass sehr verschiedene Anforderungen für verschiedene Grössen und Eigenschaften
der Elemente und Montagekonfi gurationen, abhängig von der betreffenden herzustellenden
Infrarotdetektoranordnungt zutreffen können; z.B. kann die Grösse des empfindlichen
Gebietes der Elemente nur 25 /um x 25 /um, aber auch 2 mm x 2 mm sein. Bei der Bildung
des Elements oder der Elemente aus einer Scheibe des infrarotempfindlichen Materials
ist es also kostspielig, wenn für jede andere Konfiguration eine neue Scheibe
dieses
Materials als Ausgangskörper verwendet werden muss.
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Für die Herstellung der Anordnungen mit einer Matrix von Infrarotdetektorelementen
ergibt sich in bezug auf die Ausbeute weiter ein Problem, wenns wie üblich, die
Matrix die Anordnung von Detektorelementen in einer oder mehreren Gruppen enthält,
die je in einem gemeinsamen Körper aus dem infrarotempfindlichen Material gebildet
werden. Diese sogenannte "monolithische' Annäherung der Herstellung einer Gruppe
von Detektorelementen ergibt viele Probleme. Wenn z.B. eine Gruppe von zehn Elementen
in einem einzigen kammartigen Körper gebildet wird, ergibt sich das Problem, dass,
wenn nach der Montage und der Anbringung elektrischer Anschlüsse, gefunden wird,
dass bei Prüfung eines der Elemente einer Gruppe fehlerhaft ist, die ganze Gruppe
ersetzt werden muss. Andere Probleme ergeben sich bei der sogenannten monolithischen
Annäherung, insbesondere im Zusammenhang mit dem gegenseitigen Abstand der einzelnen
Elemente einer in einem gemeinsamen Körper gebildeten Gruppe. Wenn der gegenseitige
Abstand der aktiven Oberflächengebiete der Elemente in einem solchen Körper durch
einen ätzvorgang definiert wird gibt es eine Beschränkung für den Mindestabstand,
der erreichbar ist, weil im allgemeinen beim Atzen des Körpers aus infrarotempfindlichem
Material die Breite eines Kanals normalerweise viel grös ser als die Dicke des Körpers
sein wird. Sogar wenn die Dicke des Körpers auf 6 /um herabgesetzt wird, kann nicht
leicht durch Atzen ein gegenseitiger Abstand einzelner
Elemente
von weniger als 12 um erzielt werden. Ausserdem kann, wenn derart verfahren wird,
dass die einzelnen Körper definiert werden, bevor ihre Dicke endgültig herabgesetzt
wird, die Behandlung und weitere Verarbeitung von Körpern einer so geringen Dicke
grosse Schwierigkeiten bereiten.
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Ein anderes Problems das sich sowohl bei nur ein einziges Element
enthaltenden Anordnungen als auch in Matrizen ergibt, ist die Anbringung elektrischer
Anschlüsse an dem oder jedem einzelnenlnfrarotdetektorelement. Bisher wurde dies
dadurch erzielt, dass Drahtleiter auf metallisierten Oberflächenteilen des Elements
oder der Elemente, z.B. durch einen Thermokompressionsvorgang oder einen Lötvorgang,
miteinander verbunden werden. Infolge der Verformung des Drahtendes, das dem Verbindungsvorgang
unterworfen wird, wie z.B. beim Nagelkopfverbinden der Fall ist, müssen Massnahmen
getroffen werden, um zu sichern, dass das Gebiet des Teiles des Elements, mit dem
der Draht verbunden wird, genügend gross ist um das endgültig verformte Drahtende
aufzunehmen, derart, dass dieses verformte Drahtende völlig auf. dem Element liegt.
Die Konfiguration des Elements kan dadurch zu kompliziert werden, während weitere
Be-.-schränkungen in bezug auf den mindesterreichbaren Abstand zwischen benachbarten
Elementen in einer Matrix auftreten.
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Auch ergeben sich Probleme, wenn die anderen Enden der Drahtleiter,
z.B. durch Verlöten mit Durchführungsleitern, miteinander verbunden werden.
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Ein weiteres mit der sogenannten monolithischen Annäherung eirillergehendes
Problem bei der Herstellung von Elementen ergibt sich, wenn es erwünscht ist, mehrere
Elemente enthaltende Detektoranordnungen herzustellen, bei denen der gegenseitige
Abstand der Elemente, z.I3. in einer linearen Matrix nicht gleichmässig ist. Dieser
ungleichmässige Abstand kann z.B. erwünscht sein, wenn verschiedene Auflösungsgrade
für verschiedene Teile der Matrix von Detektorelementen erforderlich sind. Die Bildung
einer Anzahl von Elementen in einem einzigen Körper mit verschiedenen Abständen
zwischen Elementen bei verschiedenen Teilen der Matrix ergibt viele Schwierigkeiten
und kann in bezug auf das erforderliche Material besonders kostspielig sein.
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Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Anzahl
von Infrarotdetektorelementen, die je einen Körper aus infrarotempfindlichen Material
mit einer nahezu recJlteckigen Oberflächenkonfiguration enthalten, der mit zwei
elektrischen auf Abstand voneinander liegenden Kontakten niedrigen Widerstandes
auf einer Oberfläche des Körpers beidseitig eines empfindlichen Gebietes des Elements
versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Scheibe aus infrarotempfindlichem
Material an einem Trägerkörper geheftet wird; dass eine erste Anzahl nahezu parallel
verlaufender Kanäle gebildet wird, die sich in dem Material der Scheibe erstrecken,
um auf dem Trägerkörper eine Anzahl nahezu paralleler streifenförmiger Teile
aus
dem infrarotempfindlichen Material zu definieren, dass eine Behandlung zum Erhalten
einer Verringerung der Dicke der streifenförmigen Teile durchgeführt wird, während
zum Erhalten einer Krümmung der freigelegten Längsrander der streifenförmigen Teile
eine zweite Anzahl nahezu parallel verlaufender Kanäle in dem Scheibenmaterial der
streifenförmigen Teile in einer Richtung nahezu senkrecht zu der Längsrichtung der
streifenförmigen Teile gebildet wird, um auf dem Trägerkörper eine Matrix rechteckiger
Elementkörperteile aus dem infrarotempfindlichen Material mit je gekrümmten Rändern
auf zwei gegenüberliegenden Seiten zu definieren; dass elektrisch leitendes Material
abgelagert wird, um auf der Oberfläche jedes Elementkörperteiles zwei elektrische
Kontaktschichten zu bilden, die voneinander getrennt sind und an die gegenüberliegenden
gekrümmten Ränder grenzen, und dass die Elementkörperteile mit daraufliegenden Kontaktschichten
von dem Trägerkörper entfernt werden.
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Dieses Verfahren kann grosse Vorteile in bezug auf Materialeinsparungen
, Flexibilität bei der Bildung von Elementen mit verschiedenen empfindlichen Gebieten,
vergrösserte Detektorleistung, einen geringen gegenseitigen Abstand von Elementen
in mehrere Elemente enthaltenden Anordnungen und die Anbringung äusserer elektrischer
Anschlüsse bieten, wie nachstehend noch beschrieben wird.
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Mit diesem Verfahren werden die Elemente in einzelner Form eher als
ein monolithisches Gebilde erhalten, in der Weise, dass ihr weiterer Zusammenbau
und die Kontaktierung
bei der Herstellung einer Infrarotdetektoranordnung
erheblich vereinfacht werden. Insbesondere kann dadurch, dass auf die Elemente Kontaktschichten
aufgebracht sind, die an die gegenüberliegenden gekrümmten Ränder grenzen, der weitere
Zusammenbau der Elemente entweder in durch ein einziges Element gebildeten Anordnungen
oder in durch mehrere Elemente gebildeten Anordnungen derart erfolgen, dass die
elektrischen Anschlüsse in Form abgelagerter leitender Schichten aufgebracht werden.
Dadurch wird die Anwendung eines Drahtverbindungs- oder bötvorgangs mit den ihm
inhärenten obengenannten Nachteilen vermieden. In bezug auf dieses Zusammenbau-
und Kontaktierungsverfahren sei auf die gleichzeitig von der Anmelderin eingereichte
Patentanmeldung Nr. ... (PHB. 32509) verwiesen. Die eindenen Elemente können auf
einem Substrat, z.B. dadurch zusammengebaut werden dass die Elemente mittels eines
Epoxydharzes auf einem isolierenden Substrat befestigt werden. Ein derartiges Verfahren
kann sowohl für ein einziges Element enthaltende Anordnungen als auch für mehrere
Elemente enthaltende Anordnungen verwendet werden.
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Im letzteren Falle ergibt sich der grosse Vorteil, dass der gewünschte
gegenseitige Abstand der Elemente erzielt werden kann. Der gegenseitige Abstand
kann erheblich kleiner sein als bei monolithisch gebildeten aus mehreren Elementen
bestehenden Anordnungen erhalten ist, während ausserdem z.B. in einer linearen Matrix
die Teilungsabstände zwischen den Elementen auf gewtlnschte Weise geändert werden
können.
Uberdies wird erwünschtenfalls die Bildung zweidimensionaler Matrizen mit jedem
gelinschten gegenseitigen Abstand erheblich erleichtert.
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Mit dem Verfahren nach der Erfindung zur Bildung der Elemente können
grosse Materialeinsparungen erhalten werden, weil in jeder bearbeiteten Scheibe
einfach Elemente mit verschiedenen empfindlichen Gebieten, z.B. durch passende Wahl
des gegenseitigen Abstandes der zweiten Anzahl von Kanälen, gebildet werden können.
Ausserdem kann eine vergrösserte Leistung der Elemente erhalten werden, weil mehrere
Oberflächenbehandlungen einfach in dem Verfahren aufgenommen werden können.
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Vor der Befestigung der Scheibe aus infrarotempfindlichem Material
auf den Trägerkörper kann die Scheibe einer Oxidationsbehandlung unterworfen werden,
um auf der an dem Trägerkörper zu befestigenden Oberfläche der Scheibe ein Oxid
zu bilden. Auf diese Weise wird die Oberfläche der anschliessend gebildeten infrarotempfindlichen
Elemente, die den Oberflächen gegenüber liegt, auf die beim Betrieb die Strahlung
einfällt mit einer Schicht versehen, die, wie gefunden ~wurde, die Leistung der
Detektorelemente vergrössertw Nach der Befestigung der Scheibe aus infrarotempfindlichem
Material auf dem Trägerkörper und vor der Bildung der ersten Anzahl von Kanälen
in dem Scheibenmaterial kann die Scheibe einer anfänglichen Behandlung zur Herabsetzung
der Dicke über ihre von dem Trägerkörper
abgekehrte Oberfläche
unterworfen werden. Diese Herabsetzung der Dicke kann durch einen mehrstufigen Poliervorgang
erhalten werden, wobei allm#ilich weniger Schaden in aufeinanderfolgenden Stufen
herbeigeführt wird, z.B.
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dadurch, dass die Grösse der poliermittelteilchen, die in aufeinanderfolgenden
Stufen verwendet werden, geändert wird, bis die gewunschte Dicke erhalten ist.
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Die Behandlung zum Erhalten einer Verringerung der Dicke der streifenförmigen
Teile und zum Erhalten einer Krümmung der freigelegten Längsränder der streifenförmigen
Teile kann die Kombination eines Poliervorgangs und eines anschliessenden Xtzvorgangs
umfassen.
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Nach der Bildung der zweiten Anzahl von Kanälen in dem Scheibenmaterial
können freigelegte Oberflächenteile der Elementkörperteile einer Passivierungsbehandlung
unterworfen werden, Die Durchführung der Passirrierungsbehandlung in dieser Bearbeitungsstufe,
d.h. nach der Definition der Matrix nahezu rechteckiger Elementkörperteile, ist
vorteilhaft, weil dadurch freigelegte Seitenflächen der Elementkörperteile, die
in dem endgültig erhaltenen Element an die Hauptteile der Oberfläche des empfindlichen
Gebietes grenzen werden, der passivierungsbehandlung unterworfen werden können.
Dies ist erwünscht, weil in einer ohne die passivierten Seitenflachen hergestellten
Anordnung die Leistung geringer werden könnte, wenn die Anordnung erhöhten Temperaturen
ausgesetzt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden sofort vor der Passivierungsbehandlung
die
freigelegten Oberflächenteile der Elementkörperteile einer Xtzbehandlung unterworfen.
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Die Passivierungsbehandlung kann auf mittlere Oberflächengebiete
der Elementkörperteile beschränkt werden, die sich über den genannten Elementkörperteilen
erstrecken und die durch maskierende Schichtteile definiert werden die auf gegenüberliegenden
Seiten dieser Gebiete in der Nähe der gekrümmten Ränder der Elementkörperteile vorhanden
sind. Die maskierenden Schichtteile können aus Photolack bestehen.
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Nach der Passivierungsbehandlung und vor der Anbringung der Kontaktschichten
können die genannten maskierenden Schichtteile entfernt und kann eine weitere Maskierungsschicht
aufgebracht und definiert werden, derart, dass jedes passivierte Oberflächengebiet
mit einem maskierenden Schichtteil bedeckt ist, ausgenommen zwei gegen-Uberliegende
periphere streifenförmige Teile desselben die sich nahezu parallel zu den gekrümmten
Rändern der Elementkörperteile erstrecken, wobei eine Materialentfernungsbehandlung
an den freigelegten streifenförmigen Teilen der passivierten Oberflächengebiete
in Gegenwart der maskierenden Schichtteile durchgeftuirt wird. Auf. diese Weise
wird die seitliche Ausdehnung der passivierten Oberflächengebiete vor der Anbringung
der Kontaktschichten etwas herabgesetzt, um Probleme in#bezug auf Maskenausrichtung
bei der Anbringung der Kontaktschichten zu verbeiden.
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Die genannte Materialentfernungsbehandlung zur Herabsetzung der lateralen
Ausdehnung der passivierten Oberflächengebiete kann mittels eines Poliervorgangs,
z.B. mit einem Schmirgelleinen und einem sehr feinen Scheuermittel, durchgeführt
werden.
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Die weitere Maskierungsschicht kann aus Photolack bestehen und die
elektrischen Kontakt schichten können durch Ablagerung des elektrisch leitenden
Materials auf den freigelegten Oberflächenteilen der Elementkörperteile und den
Oberflächenteilen der aus Photolack bestehenden Maskierungsschicht gebildet werden,
wonach die aus Photolack bestehende Maskierungsschicht und das darauf abgelagerte
elektrisch leitende Material auf chemischem Wege entfernt werden können. Auf diese
Weise wird das abgelagerte elektrisch leitende Material von oberhalb der aktiven
Oberflächengebiete der Elemente durch eine sogenannte Abhebetechnik ("lift-off")
entfernt Die Anwendung einer derartigen Technik ist günstig im Vergleich zu einer
Technik, bei der das leitende Material zunächst auf der ganzen Oberfläche abgelagert
und dann photolithographisch definiert wird, insbesondere wenn das abgelagerte leitende
Material aus Gold besteht, weil es sich als unmöglich erweisen kann, das leitende
Material zu ätzen, ohne dass die unterliegende Passivierungsschicht und gegebenenfalls
das Material der Elementkörperteile entfernt werden.
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Nach der Anbringung der Kontaktsciiichten können
die
Elementkörperteile von dem Trägerkörper je für sich durch mechanische Mittel, z.B.
durch Abheben mit einem feinen Werkzeug, entfernt werden.
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Bei Anwendung mechanischer Mittel für die Entfernung können die Elementkörperteile
von ausgewählten Stellen der Matrix entfernt und prüfvorgängen, z.B. zum Messen
des spezifischen Widerstandes, der Ansprechfähigkeit, der Grenzwellenlänge, der
Zeitkonstante und DX, unterwerfen werden, um die Eigenschaften der Elementkörperteile
und ihre Verteilung in der Matrix auszuwerten. Auf diese Weise kann eine Art Ubersichtskarte
der Eigenschaften der Elementkörperteile erhalten werden, wonach die Elementkörperteile
für Entfernung entsprechend den gewünschten Eigenschaften der herzustellenden Detektoranordnungen
ausgewählt werden können. Eine derartige prüfung wird mit Vorteil benutzt, wenn
die Eigenschaften der ursprünglichen Ausgangs scheibe nicht über alle Teile dc:
Scheibe konstant sind.
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Für die Herstellung einer durch mehrere Elemente gebildeten Infrarotdetektoranordnung
kann eine Gruppe nebeneinander liegender Elementkörperteile in.der Matrix auf dem
Trägerkörper für Entfernung entsprechend den ausgewerteten Eigenschaften der für
die Prüfungszwecke entfernten Elementkörperteile ausgewählt werden.
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Wenigstens die erste Anzahl'nahezu parallel verlaufender Kanäle kann
in der Scheibe mit einem gleichmäs sigen gegenseitigen Abstand gebildet werden.
Auf diese
Weise weisen alle danach herzustellenden Elementkörperteile
die gleiche Querabmessung in einer Richtung zwischen den gekrümmten Rändern auf
zwei gegenüberliegenden Seiten auf. Durch änderung des gegenseitigen Abstandes der
genannten zweiten Anzahl der Kanäle, die in den vorher definierten Streifen aus
dem infrarotempfindlichen Material gebildet werden, kann die Breite der Elementkörperteile,
d h. die Querabmessung in der Richtung parallel zu den gekrümmten Rändern auf zwei
gegenüberliegenden Seiten, geändert werden. Auf diese Weise kann in jeder Ausgangsscheibe
eine Anzahl von Elementkörperteiles mit wenigstens zwei verschiedenen Grössen der
aktiven Oberflächengebiete gebildet werden.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann bei der Herstellung von Infrarotdetektorelementen
aus verschiedenen Materialien, insbesondere kostspieligen Materialiens verwendet
werden. Ein solches Material ist z.B. Kadmiumquecksilbertellurid, wobei die Vorbereitung
des Materials zum Erhalten der gewünschten Eigenschaften viel Zeit beansprucht und,
wo möglich, Einsparungen bei der Bildung der Elemente notwendig macht. Trotzdem
kann das Verfahren auch vorteilhafterweise bei der Herstellung von Infrarotdetektorelementen
aus anderen Materialien verwendet werden, wobei die Kosteneinsparungen in bezug
auf die Materialien nicht so wichtig sind, z.B. aus Indiumantimonid.
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Eine Ausfüurungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 einen
Querschnitt durch eine Scheibe aus Kadmiumquecksilbertellurid, die auf einem Polierblock
befestigt ist, und zwar in einer Stufe der Herstellung nach Durchführung einer Oberflächenbehandlung;
Fig. 2 im Querschnitt die Scheibe nach Befestigung auf einem weiteren Polierblock;
Fig. 3 im Querschnitt die verbleibende Scheibe auf dem weiteren Polierblock nach
einem Schritt zur Eerabw setzung der Dicke; Figuren 4 und 5 eine Draufsicht auf
bzw. einen Querschnitt durch die Scheibe auf dem weiteren Polierblock nach einem
weiteren Bearbeitungsschritt, wobei Fig. 5 einen Schnitt lEngs der Linie V-V in
Fig, 4 zeigt; Fig. 6 im Querschnitt die Scheibe auf dem weiteren Polierblock nach
einem weiteren Schritt zur Herabsetzung der Dicke; Fig. 7 eine Draufsicht auf einen
Teil der Scheibe nach einem weiteren Bearbeitungsschritt; Figuren 8 und 9 Querschnitte
längs der Linien VIII-VIII bzw. IX.IX der Fig. 7; Figuren 10 bis 12 im Querschnitt
einen Teil der Scheibe in weiteren Bearbeitungsstufen; Figuren 13 und 14 im Querschnitt
bzw. in Draufsicht denselben Teil der Scheibe in einer weiteren Bearbeitungsstufe
nach der Durchführung einer Passivierungs behandlung, wobei Fig. 14 einen Querschnitt
lSngs der
Linie XIX-XIV in Fig. 13 zeigt; Figuren 15 und 16 im
Querschnitt denselben Teil der Scheibe in weiteren Bearbeitungsstufen; Figuren 17
und 18 einen Querschnitt durch bzw.
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eine Draufsicht auf denselben Teil der Scheibe in einer Bearbeitungsstufe,
nachdem einzelne Elementkörperteile der Scheibe ait Kontaktschichten versehen worden
sind, wobei Fig. 17 einen Querschnitt längs der Linie XVII-XVII in Fig. 18 ist;
Fig. 19 eine vergrösserte Draufsicht auf einen Elementkörperteil mit darauf angebrachten
Kontaktschichton auf dem Polierblock, und Figuren 20 und 21 Querschnitte längs der
Linien XX-XX bzw. XXI-XXI in Fig. 19.
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Die Figuren sind nicht massstäblich gezeichnet und demzufolge stimmen
die Werte der Abmessungen gar nicht; insbesondere bei einem praktischen Beispiel
ist die Dicke der unterschiedlichen Schichten in bezug auf jahre laterale Ausdehnung
viel kleiner als aus den Figuren hervorgeht.
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Die nun zu beschreibende Ausführungsform umfasst die Herstellung
einer Vielzahl (im Bereich von zweitausend) Infrarotdetektorelementen aus Kadmiumquecksiltertellurids
Bei dieser Ausführungsform ist die Materialzusammensetzung d .h. das Kadmium/Quecksilber-Atomverhältnis,
derart, dass eine Grenzwellenlänge im Bereich von 12 #um erhalten wird.
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Das Ausgangsmaterial ist ein scheibenförmiger Körper aus Kadmiumquecksilbertellurid
mit einem Durchmesser
von etwa 10 mm und einer Dicke von 0,5 mm.
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Die Scheibe 1 ist auf einem keramischen Polierblock 2 mittels einer
Wachssdncht 3 befestigt. Der Polierblock weist erhöhte Ansätze mit einer Höhe von
200 /um auf.
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Das Polieren der über den Ansätzen hervorragenden Oberfläche der Scheibe
erfolgt mittels einer Drehmaschine unter Verwendung eines Basispolierglieds und
einer Poliermittelpaste. Das Polieren ist ein mehrstufiger Vorgang, bei dem allmählich
abnehmender Schaden in der Ibistallstruktur herbeigeführt wird, je nachdem die Dicke
auf den gewünschten Wert von 200 /um herabgesetzt wird. Diese allmähliche Abnahme
der Schaden wird durch die Anwendung immer feiner werdender Poliermittelteilcan
erzielt.
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Dieser Poliervorgang wird fortgesetzt, bis die Oberfläche der Scheibe
auf den gleichen Ebene wie die Oberflächen der Ansätze des Polierblocks 2 liegt.
Um den verbleibenden Teil der Oberflächenschaden zu beseitigt, wird eine Atzbehandlung
durchgeführt.
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Eine Oxidationsbehandlung wird dann durchgef~Uhrt, wobei die Scheibe
1 noch immer auf dem Polierblock 2 fixiert ist, so dass die freigelegten oberen
und seitlichen Flächen der Behandlung unterworfen werden. Fig. 1 zeigt eine Scheibe
1 mit einer Dicke von 200 /um, die eine Oxidoberflächenschicht 4 aufweist.
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Die Scheibe 1 wird nun von dem Polierblock 2 entfernt und wird Aber
die oxidierte grosse Fläche auf einem weiteren Polierblock 5 aus Aluminiumoxid hoher
Dichte
befestigt. Der durch den Polierblock 5 gebildete Trägerkörper
weist äussere Ansätze mit einer Höhe von 25 /um auf und innerhalb der Ansätze ist
die Oberfläche mit einer Tantalschicht 6 versehen. Die Scheibe 1 ist mittels einer
Wachsschicht 7 auf der Tantalschicht 6 befestigt.
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O:b#0leich die vorher gebildete Oxidoberflächenschicht 4 in Fig.
2 dargestellt ist, ist sie in den weiteren Figuren der Deutlichkeit halber weggelassen.
Ein mehrstufiger Poliervorgang wird mit einer Drelipoliermaschine unter Verwendung
einer Aluminiumoxidpaste durcllgeführt, wobei die Teilchengrössen derart gewählt
werden, dass der herbeig<#führte Schaden allmählich in aufeinanderfolgenden Stufen
herabgesetzt wird. Dieser Poliervorgang wird fortgesetzt, bis die polierte Oberfläche
der Scheibe 1 nahezu auf der gleichen Ebene wie die erhöhten Ansätze des Polierblocks
5 liegt. Fig. 3 zeigt die Scheibe 1 nach diesem Schritt zur Herabsetzung der Dicke
und nun weist die Scheibe 1 eine Dicke von etwa 25 #um auf.
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Während die Scheibe 1 mit herabgesetzter Dicke noch über die Wachsschicht
7 auf der Tantalschicht 6 auf dem Polierblock 5 fixiert ist, wird eine Photolackschicht
auf die obere Fläche der Scheibe 1 aufgebracht. Ein Photomaskierungs- und Entwicklungsvorgang
wird dann durchgeführt, um eine Anzahl nahezu paralleler streifenförmiger Offnungen
in der Photolackschicht zu definieren. Eine Atzbehandlung findet dann statt unter
Verwendung eines geeigneten Xtzmittels für Kadmiumquecksilbertellurid, um
in
der Scheibe eine erste Anzahl nahezu parallel verlaufender Kanäle 8 zu bilden, die
auf dem 1>olierblock eine Anzahl nahezu parallel verlaufender streifenförmiger
Teile 9 aus Kadmiumquecksilbertellurid definieren. Figuren 4 und 5 zeigen die Kanäle
8 und die Streifen 9. In diesem Beispiel weisen die Kanäle eine Breite von etwa
50 /um und weisen alle Streifen eine Breite von etwa 200 /um auf.
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Die nächste Bearbeitungsstufe ist die Entfernung der auf den streifenförmigen
Teilen 9 verbleibenden Teile der Photolackschicht. Danach wird ein Schritt zur Herabsetzung
der Dicke durchgeftlrt, um die Dicke der streifenförmigen Teile 9 auf nahezu 8 /um
herabzusetzen und gleichzeitig eine KrUm=.ung der freigelegten oberen Längsränder
der streifenförmigen Teile 9 zu erhalten. Dies wird dadurch errreioht, dass zunächst
mit einer Poliermaschine unter Verwendung eines feinen Blocks und eines feinen Scheuermittels
poliert wird, bis die verbleibende Dicke der streifenförnu.gen Teile 9 nahezu 12
um beträgt, wonach die streifenförmigen Teile 9 geätzt werden, um Material in einer
Dicke im Bereich von 4 bis 5 /um zu entfernen. In dieser Weise werden die oberen
Längsränder der streifenförmigen Teile abgerundet und dieser Effekt wird dazu benutzt,
die äussere Kontaktierung der endgültig herzustellenden Elemente zu ermöglichen.
Ausserdem wird gefunden, dass die setzung eine sensibilisierende < rkung hat,
wodurch eine vergrösserte Leistung des Detektors erzielt wird. Fig. 6 zeigt im Querschnitt
die streifenförmigen
Teile 9 nach dem #tzvorgang. in#lge der der
von der Wirklich-~ keit abweichender relativen Abmessungen in der Zeichnung stellt
sich heraus, dass die Abrundung der Längsränder nicht wesentlich ist, aber in der
Praxis wird gefunden, dass sich die Krümmung In dem Querschnitt leber einen Abstand
von mindestens 15 um von der unterenFläche an jedem Längsrand erstreckt. Auch sei
bemerkt, dass während der Polierbehandlung zur Herabsetzung der Dicke von 12 #um
auf 7 bis 8 /um die freigelegten W-achsschichtteile in den Kanälen 8 entfernt werden.
So ist in dem Querschnitt nach Fig. 6 die Wachsschicht 7 nun nur unter jedem streifenförmigen
Teil 9 vorhanden.
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Die nächste Bearbeitungsstufe ist das Aufbringen einer Photolackschicht
auf die oberen Flächen der streifenförmigen Teile. Unter Verwendung eines üblichen
Photomaskierungs- und Entwicklungsvorgangs werden eine Anzahl parallel verlaufender
senkrecht auf den streifenförmigen Teilen stehender Streifen von der Photolackschicht
entfernt, während das freigelegte Material der streifenförmigen Teile 9 unter Verwendung
eines geeigneten Atzmittels für Kadmiumquecksilbertellurid geätzt wird, um eine
Anzahl nahezu parallel verlaufender Kanäle 10 in dem Scheibenmaterial der streifenförmigen
Teile zu erhalten, damit auf dem Polierblock eine Matrix nahezu rechteckiger Elementkt.rperteile
11 aus Kadmiumtellurid definiert wird.
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Fig. 7 ist eine Draufsicht auf einen Teil der Scheibe nach der Bildung
der Kanäle 10 und der darauf folgenden
Definition der Elementkörperteile
11, wobei die verbleibenden Teile der für die Maskierung verwendeten Photolackschicht
entfernt sind. Figuren 8 und 9 zeigen Querschnitte längs der Linien VIII-VIII bzw.
IX-IX in Fig. 7. Fig. 8 zeigt die Abrundung der Ränder der Elementkörperteile 11
auf zwei gegenüberliegenden Seiten im Gegensatz zu den naheliegenden senkrechten
Rändern (Fig. 9) der beiden anderen Seiten der Elementkörperteile. In diesem Beispiel
beträgt die Breite der endgültig geätzten Kanäle 10 nahezu 30 /um und der endgültige
Flächeninhalt der Elementkörperteile 11 nach Fig. 7 ist 200 #um x 50 /um.
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Die nächste Bearbeitungsstufe ist das Aufbringen einer weiteren Photolackschicht
12 auf die Oberfläche der Elementkörperteile 11 und die freigelegtgn Oberflächenteile
der Wachsschicht 7 und der Tantalschicht 6 auf dem Polierblock 5. Durch einen Photomaskierungs
und Entwicklungs vorgang wird die Photolackschicht 12 derart definiert, dass Offnungen
13 (Fig. 10) darin gebildet werden, die die Form von Streifen mit einer Breite von
etwa 50 /um aufweisen, die sich parallel zu den Kanälen 8 erstrecken und durch die
die Elementkörperteile 11 an einem Ende freigelegt werden, an dem ein abgerundeter
Rand vorhanden ist, während durch diese Offnungen auch der angrenzende Teil der
Tantalschicht 6 auf dem Polierblock 5 freigelegt wird, von dem die Wachsschicht'7
vorher in dem Polierschritt zur Herabsetzung der Dicke entfernt wurde. Fig. 10 zeigt
einen Querschnitt entsprechend dem Schnitt nach Fig. 8 durch die Photolackschicht
12
und die darin gebildeten Offnungen 13.
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Eine Goldschicht mit einer Dicke von 0,5 /um wird nun durch Zerstäuben
auf-gebracht. Das Gold wird so auf der Photolackschicht 12 und in den Offnungen
13 abgelagert. Die Photolackschicht 12 wird dann in einem geeigneten Lösungsmittel
gelöst und das darauf abgelagerte Gold wird dadurch mittels einer Abhebetechnik
entfernt.
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Fig. 11 zeigt einen dem Schnitt nach Fig. 10 entsprechenden Schnitt,
wobei Goldschichtstreifen 14 mit einer Breite von nahezu 50 /um einen Kontakt zwischen
den oberen Flächen der Elementkörperteile 11 und der Tantalschicht 6 auf dem Polierblock
5 bilden. Die Goldschichtteile 14 müssen diese elektrische Verbindung fUr einen
danach durchgeführten Vorgang herstellen, weil infolge der Kombination der vorher
aufgebrachten Oxidschicht auf den unteren Flächen der Elementkörperteile und der
Trennung der genannten Körperteile von der Tantalschicht 6 durch die Wachsschicht
7 sonst alle Elementkörperteile 11 effektiv isoliert werden wUrden Eine weitere
Photolackschicht 15 wird auf die obere Fläche des Gebildes aufgebracht und durch
einen photomaskierungs und Entwicklungsschritt werden Clffnunr gen 16 in Form rechteckiger
Streifen mit einer Breite von nahezu 80 /um in der Photolackschicht 15 gebildet.
Fig. 12 zeigt einen dem Schnitt nach Fig. 11 entsprechenden Querschnitt durch die
streifenförmigen Offnungen 16, die sich in der Mitte auf den Oberflächen der Elementkörperteile
11
befinden, Diese streifenförmigen Offnungen 16 weisen eine Breite
in Richtung der grösseren Querabmessungen der Elementkörperteile, d.h. in Richtung
des. Schnittes nach Fig. 11 auf, die etwas grösser als die gelfUnschte endgültige
Abmessung der aktiven Oberflächengebiete der Elementkörperteile ist Beim Vorhandensein
der definierten Photolackschicht 15 werden die freigelegten Oberflächenteile einer
Sens ibilisierungsbehandlung durch ätzen unterworfen, um Material her eine Dicke
von höchstens 1 #um zu entfernen Dann wird eine Passivierungsbehandlung durchgeführt.
Fig.
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12 zeigt schematisch mit gestrichelten Linien die Passivierungsschicht
17 die an den freigelegten Oberflächen der Elementkörperteile 11 erzeugt wird.
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Die verbleibenden Teile der Photolackschicht 15 werden nun gelöst
irnd die Figuren 13 und 14 zeigen in Draufsicht bzw. im Schnitt das so erhaltene
Gebilde, wobei die Goldschichtstreifen 14 noch vorhanden sind und die Elementkörperteile
11 Oberflächenteile enthalten die mit einer Passivierungsschicht 17 versehen sind.
Die Goldstreifen 14 sind in der Draufsicht nach Fig. 13 der Deutlichkeit halber
schraffiert dargestellt. Es sei bemerkt, dass, weil die Photolackschicht von Teilen
der Kanäle 10 zwischen den Elementkörperteilen 11 entlang der streifenförmigen Offnungen
16 entfernt wurde, Teile der longitudinalen Seitenflachen der Elementkörperteile
11 auch der Passivierungsbehandlung unterworfen werden, und die Durchfmirung
dieser
Behandlung in dieser Stufe, d.h. nach der Definition der Elemente, kann in dieser
Hinsicht vorteilhaft sein.
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Die nächste Stufe ist die Aufbringung einer weiteren Photolackschicht
18 und ein darauffolgender Photomaskierungs- und Entwicklungsschritt zum Definieren
von Offnungen darin. Die Offnungen werden derart gebildet, dass das passivierte
Oberflächengebiet auf jedem Elementkörperteil 11 nach wie vor mit der Photolackschicht
18 überzogen ist, ausgenommen zwei einander gegenüber liegende periphere streifenförmige
Teile 19 desselben, die sich nahezu parallel zu den gekrümmte: !, Rändern der Elementkörperteile
11 erstrecken, Die Photolackschicht 18 bleibt in den kanälen 10 zwischen den Elementkörperteilen
erhalten, während sie in Teilen der Kanäle 8 (siehe Fig. 15) zwischen den Elementkörperteilen
die freigelegten Tantalschichtteile bedeckt und auch 1-3ilweise die Goldkontaktstreifen
14 überlappt, wo diese auf der Tantalschicht 6 vorhanden sind.
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Eine Materialentfernungsbehandlung wird nun an den freigelegten streifenförmigen
Teilen 19 der passivierten Oberflächengebiete in Gegenwart der definierten Photolackschicht
18 durchgeführt. Dies wird durch einen Poliervorgang unter Verwendung eines Schmirgelleinens
und eines feinen Poliermittels erzielt. Es ist möglich, die Materialentfernung auf
diese Weise durchzuführen, weil im allgemeinen die Photolackschicht einen grösseren
polierwiderstand als die passivierte Oberflächenschicht und ausserdem eine
viel
grössere Dicke aufweist Auf diese Weise wird die passivierte Oberflächenschicht
an den freigelegten streifenförmigen Teilen 19 entfernt und ermöglicht es, dass
nachher Kontaktschichten ohne das Auftreten von Ausrichtproblemen auf die Elementkörperteile
aufgebracht werden können.
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Nach diesem Poliervorgang wird eine Goldschicht 20 mit einer Dicke
von 0,5 /um auf der oberen Fläche des Gebildes, einschliesslich der Photolackschichtteile
18 und der freigelegten Oberflächenteile der Elementkörperteile 11, abgelagert Das
Gold wird durch Zerstäubung abgelagert und Fig. 16 zeigt einen dem Schnitt nach
Fig. 15 entsprechenden Schnitt durch die Goldschicht 20, die die Oberfläche des
Photolackschichtteiles 18 und die freigelegten Oberflächenteile der Elementkörperteile
11 bedeckt.
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Es sei bemerkt, dass infolge der Entfernung der passivierten Oberflächenschicht
entlang der strei:#enförmigen Teile 19 (Fig. 15) durch einen Poliervorgang die Goldschicht
20 die Oberfläche der Elementkörperteile 11 an keiner Stelle kontaktiert , an der
ein solcher Passivierungsschichtteil vorhanden ist, d.h., dass die Ränder der Goldkontaktschicht
20 tatsächlich mit den Rändern des verbleibenden Teiles der passivierten Oberflächenschicht
in Register sind.
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Nach der Ablagerung der Goldschicht 20 werden die verbleibenden Teile
der Photolackschicht 18 gelöst, so dass die daraufliegenden Teile der Goldschicht
20 durch einen Abhebeeffekt entfernt werden. So verbleiben
auf
jedem Elementkörperteil 11 zwei Goldkentaktschicliten 21 und 22, zwischen denen
ein wirksames Oberflächengebiet von 50 /um x 50 /um definiert wird. Die Kontaktschichten
21 erstrecken sich über den abgerundeten Rand auf einer Seite der Elemente und die
Kentaktschichten 22 erstrecken sich teilweise auf den verbleibenden Teilen der Goldstreifen
14, die den abgerundeten Rand auf der anderen Seite der Elemente bedecken. So tritt
eine gewisse Asymmetrie auf, sofern die Kontaktschichten 22 teilweise auf einer
Seite dicker als die Kontaktschichten 21 auf der anderen Seite sind.
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Figuren 17 und 18 zeigen im Querschnitt bzw.
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in Draufsicht einen Teil des Gebildes nach dem Lösen der Photolackschichtteile
18. Die vorher dur#hgeführte Abrundung der gegenüberliegenden Ränder der Blementkörperteile,
über die die Kontaktschichten 21 und 22 angeordnet sind, ermöglicht es, dass die
Elementkörperteile 11 mit den aufgebrachten Kontaktschichten bei der weiteren Herstellung
einer Infrarotdetekteranordnung verwendet werden, derart, dass ein äusserer elektrischer
Kontakt mit den Elementkörperteilen durch einen Filmablagerungsvorgang wesentlich
erleichtert wird. In dieser Hinsicht sei auf die von der Anmelderin gleichzeitig
eingereichte Patentanmeldung Nr. ... (PHB. 32509) verwiesen.
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In der Bearbeitungsstufe nach'den Figuren 17 und 18 ist eine Vielzahl
(etwa zweitausend) von Kadmiumquecksilbertellurid-Elementkörperteilen 11 mit aufgebrachten
IContaktscbichten
vorhanden, die alle nach wie vor über die Wachsschicht 7 auf dem Polierblock 5 fixiert.
sind. Es ist einleuchtend, dass infolge des Bearbeitungsverfahrens, bei dem von
einer von einem Block abgeschnittenen Scheibe ausgegangen wird, eine gewisse Variation
in den Eigenschaften der Blementkörperteile 11 über die ganze gebildete Matrix bestehen
kann. Um die Elementkörperteile 11 ohne wesentlichen Ausschuss ausnutzen zu können,
besteht der nächste Bearbeitungsschritt darin, dass einzelne Elementkörperteile
11 von ausgewählten Stellen der Matrix entfernt und die so entfernten Elemente unterschiedlichen
Prüfvorgängen der obenbeschriebenen Art unterworfen werden. Auf diese Weise kann
eine Art'Xbersichtskarteu der Eigenschaften der Elemente ueber die ganze Matrix
erhalten und benutzt werden, wenn eines oder mehrere der Elementkörperteile 11 zur
Entfernung während der weiteren Herstellung einer Iufrarotdetektoranordnung ausgewählt
werden. Insbesondere bei der Herstellung einer durch mehrere Elemente gebildeten
Anordnung wird dann eine Gruppe nebeneinander liegender Elementkörperteile in der
Matrix auf dem Polierblock zur Entfernung in Abhängigkeit von den ausgewerteten
Eigenschaften der einzelnen vorher für die Prüfvorgänge entfernten Elementkörperteile
ausgewählt.
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In der vorliegenden Ausführungsform werden die Elementkörperteile
11 einzeln von dem Polierblock auf mechanischem Wege durch-Abheben von dem Wachs
mittels eines feinen Werkzeuges entfernt.
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Fig. 19 zeigt in einer vergrösserten Draufsicht einen Elementkörperteil
11, der noch über die WachsschicJlt 7 auf dem Polierblock 5 fixiert ist, während
die Figuren 20 und 21 Querschnitte längs der Linien XX-XX bzw. XXI-XXI der Fig.
19 zeigen. In Figuren 20 und 21 ist die vor der Befestigung der Scheibe auf dem
Polierblock 5 erzeugte Oxidschicht mit der gestrichelten Linie 4 angegeben. Die
nach der Sensibilisierung der aktiven Oberflächenschicht nach der Definition der
Elemente erzeugte Passivierungsschicht ist mit der gestrichelten Linie 17 angegeben
und aus Fig. 21 ist ersichtlicht, dass diese sehr dünne Oberflächenschicht auch
entlang der angrenzenden Teile der longitudinalen Seitenflächen des Elementkörperteiles
11 gebildet wird. Die lateralen Grenzen des Gebietes der oberen Fläche, über das
die Passivierungsbehandlung durchgeführt lçurdes sind mit den kettenförmigen Linien
24 in Fig. 19 angegeben.
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Aus Fig. 20 ist ersichtlich, dass sich ein Goldkontaktschicht mit
einer Dicke von 0,5 /um über den abgerundeten Rand des Elementkörperteiles 11 auf
einer Seite desselben erstreckt. Auf dem abgerundeten Rand auf der gegenüberliegenden
Seiten des Elementkörperteiles 11 ist der verbleibende Teil des Goldstreifens 14
mit einer Dicke von 0,5 /um vorhanden. Auf diesem Teil des Streifens 14 ist die
Goldkontaktschicht 22 mit einer Dicke von 0,5 #um vorhanden, wobei sich die Kontaktschicht
22 weiter in Berührung mit der oberen Fläche des Elementkörperteiles
11
erstreckt. So weist auf einer Seite des Elementkörperteiles die zusasinlengesetzte
Goldkontaktschicht 14, 22 eine Dicke von 1 um auf, während auf der anderen Seite
die Goldkontaktschicht eine nahezu gleichmässige Dicke von 0,5 /um aufweist.
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Es dürfte einleuchten, dass im Rahmen der Erwindung viele Abwandlungen
möglich sind. Z.B. kann das Verfahren bei der Her stellung von Infrarotdetektorelementen
aus anderen Materialien, wie Indiumantimonid, Verlven det werden. Statt eine Matrix
nach Fig. 17 anzuordnen, wobei alle Elementkörperteile 11 gleich gross sind und
gleiche aktive Oöerflächengebiete aufweisen, kann das Verfahren derart durchgeführt
werden, dass aus einer einzigen Ausgangs scheibe eine Matrix erhalten wird, wobei
für die Elementkörperteile mindestens zwei verschiedene Grössen bestehen. Dies kann
leicht bei der ersten Photomaskierungsstufe beim Definieren der Breite der streifenförmigen
Teile 9 erhalten werden. Obgleich in der beschriebenen Ausfuhrungsform das Verfahren
das Aufbringen ohmscher Kontaktschichten auf Elementkörperteile mit einer gleichmässigen
Materialzusammensetzung zur Anwendung in Detektoren umfasst, deren Wirkung auf der
Eigenphotoleit fähigkeit basiert, ist im Rahmen der Erfindung auch ein Verfahren
möglich, bei dem die Elementkörperteile derart gebildet werden, dass sie je einen
pn-Ubergang in dem empfindlichen Gebiet enthalten und die sich über die gekrümmten
Ränder auf den beiden gegenüberliegenden Seiten
des enlpfindlichen
Gebietes eines Elementkörperteiles erstreckenden Kontaktschichten einen Kontakt
mit den p- und n- leitenden Gebieten in dem Elementkörperteil bilden.
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L e e r s e i t e