InSb面阵探测器铟柱缺陷成因与特征研究

通过基于正性光刻胶的不同像元尺寸铟柱阵列及器件制备,研究In Sb面阵探测器铟柱缺陷成因与特征.分别研制了像元尺寸为50μm×50μm、30μm×30μm、15μm×15μm的面阵探测器的铟柱阵列,并制备出In Sb面阵探测器,利用高倍光学显微镜和焦平面测试系统对制备的芯片表面形貌、器件连通性及性能进行了检测与分析.研究结果表明:当像元尺寸为50μm×50μm时,芯片表面形貌和器件连通性测试结果较好;随着像元尺寸减小,芯片表面会出现铟柱相连或铟柱缺失缺陷,器件连通性测试结果与表面形貌相吻合.铟柱相连缺陷是由光刻剥离时残留铟渣引起的铟相连造成;铟柱缺失缺陷是由光刻时残留光刻胶底膜引起的铟柱缺失造成.器件相连缺陷元的响应电压与正常元基本相同,缺失缺陷元的响应电压基本为0,其周围最相邻探测单元响应电压相比正常元增加了约25%.器件缺陷元的研究结果,对通过优化探测器制作水平提升其性能具有重要参考意义.     

不同像元间距红外探测器的铟柱生长研究

分析了红外探测器铟柱生长工艺中不同像元间距情况下铟柱光刻孔内部的铟沉积情况和微观结构。解释了10 μm小像元间距条件下铟柱高度较矮的原因,并给出了像元间距大小与剥离后铟柱高度之间的关系。针对10 μm及以下像元间距红外探测器的铟柱生长,给出了解决铟柱高度问题的办法。使用新方法后,铟柱的高度可达到5 μm以上。     

InSb混成红外CCD铟柱互连

本文介绍在InSb多元列阵和硅COD的电极上生长铟柱,用红外显微镜实现铟柱对准,以及正照射式互连结构。以上方法具有工艺简单、结构紧凑、易于实现之优点。1.铟柱生长在InSb多元列阵的金电极上和硅COD的铝电极上电镀铟柱,这一工艺比表面处理     

128×128混合式热释电非致冷焦平面探测器列阵铟膜及铟柱制备工艺研究

着重介绍了我们在“1 2 8×1 2 8混合式热释电非致冷焦平面探测器列阵(UFPA)”研制中铟膜及铟柱的制备和我们选择铟做混合式UFPA互连材料的理由与互连方法。强调了铟膜制备基本工艺要求。根据薄膜均匀性要求 ,计算出了蒸发源距工件的距离及所需材料量 ,确定了保证铟膜不氧化的关键数据及具体操作。文中给出了铟柱列阵显微照片 (显示了铟膜厚度)和铟柱列阵的立体形貌像 ,还介绍了铟柱列阵成型方法及铟柱生长工艺流程 ,并叙述了倒装互连技术 ,且给出了我们的成像演示照片和器件照片 ,展示了UFPA的应用前景     

碲镉汞红外焦平面器件的铟柱生长技术的研究

铟柱生长技术在红外焦平面混成器件的工艺中是比较重要的,尤其在制备高密度的混成器件中,就有更高的技术难度. 本文介绍的铟柱生长技术,已能在碲镉汞晶体表面生长出高为50μm～70μm的铟柱,在硅表面长出高为50μm的铟柱,初步满足了现阶段混成焦平面器件的互连工艺要求.     

光刻技术在铟柱制备工艺中的应用研究

简要介绍了光刻在 1 2 8× 1 2 8混合式非制冷热释电焦平面 (UFPA)探测器制作中的重要地位 ,重点介绍了光刻在铟柱制备中的应用研究。对铟柱成形的几种方法进行了比较 ,确定了剥离法制备铟柱。并进行了光刻实验与分析 ,得到了满足 1 2 8× 1 2 8混合式非制冷热释电焦平面器件倒装互连的铟柱     

10 μm间距红外探测器铟柱制备研究

小间距红外探测器目前已成为红外探测器技术发展的一个重要方向.用于连接探测器芯片与读出电路芯片的铟柱的制备工艺水平成为影响器件性能的一个重要因素.介绍了一种10μm间距红外探测器铟柱的制备工艺.新工艺采用多次铟柱生长结合离子刻蚀的手段,最终剥离和制备出高度为8 μm、非均匀性小于5％的10μm间距红外探测器读出电路铟柱,...     

7.5μm小间距铟凸点阵列制备的研究

红外成像系统中,减小像元间距是目前重点发展的主题之一,为了实现小的像元间距,制备高精度均匀化的小型铟凸点阵列是关键之一。针对75μm像元间距,本文通过系列实验和分析,研究了不同打底层尺寸和铟柱尺寸的组合对铟凸点制备的影响,为制备高精度小型铟凸点阵列提供了良好的指导。     

混合式红外焦平面阵列互连铟凸点几何尺寸的优化设计

混合式焦平面器件的电气和机械互连是焦平面器件研制中的关键工艺技术,直接关系到焦平面性能和成品率。铟凸点技术是解决热膨胀失配的一种有效的技术途径,通过合理的铟柱设计和严格控制的制造工艺,可实现探测器芯片和读出电路可靠的互连。现讨论了铟柱高度和高宽比的计算方法,分析了热膨胀变形在铟柱端面产生了最大作用力与切应变、高宽比和切变位移的关系,指出器件制造工艺误差的影响,认为矩形截面的铟柱比圆形截面的铟柱更合     

Si基InSb红外焦平面阵列探测器的研究

针对InSb 红外焦平面芯片中InSb 与Si 读出电路热膨胀系数不匹配导致芯片龟裂及铟柱断裂现象,开展了Si基InSb 红外焦平面探测器（FPA）的研究。运用磨抛减薄技术及金刚石点切削技术对芯片背面进行精确减薄,得到厚度为15m的InSb芯片;研究了在InSb芯片和Si片上溅射及蒸发减反膜工艺,得到InSb芯片和Si片粘贴后红外中短波光谱的透过率高达88%;对器件的整体工艺路线进行了探索,最终制备出Si基128128元InSb 红外焦平面探测器器件,测试结果表明:器件探测率、响应率及串音等性能指标达到传统工艺制备的器件性能指标;经温冲试验后测试器件结构保持完好,性能未发生变化,证明该工艺路线可解决芯片受应力冲击而产生的铟柱断裂及芯片龟裂的现象,可有效提高InSb焦平面探测器芯片的成品率。     

光谱成像用红外焦平面读出电路研究

红外焦平面是光谱成像系统的核心器件。讨论了多光谱用红外焦平面读出电路的特点,设计了用于多光谱成像的64×16元红外焦平面读出电路。读出电路采用CTIA输入级,快照式曝光方式,边积分边读出工作。电路芯片与InGaAs光敏芯片阵列通过铟柱倒焊的方法,组成混成互连焦平面器件,像元间距50μm,响应波段0.9～1.7μm,盲元率0.2%,半阱时的响应不均匀性4.7%。     

10 μm间距长波1280×1024碲镉汞探测器研制进展

随着红外技术的进步,红外探测器组件向着更小尺寸、更高分辨率的方向发展.小像元间距、大面阵规格是长波探测器发展的重要方向.通过对10μm像元间距、9μm截止波长、1280×1024阵列规格长波探测器的研究,突破了10μm间距长波像元成结技术、10μm像元间距铟柱制备及互连技术,制备了有效像元率大于等于99.4％、非均匀性小于等于4％的10 μm间距长波1280×1024碲镉汞探测器芯片.     

红外探测器倒装互连工艺中的铟柱高度研究北大核心CSCD

针对制冷型红外焦平面探测器倒装互连工艺中的铟柱高度展开了调研,结果显示目前行业内关于该工艺中的铟柱高度设计的离散性较大,铟柱高度范围为5~24μm,差值达到了19μm。本文构建了包含探测器芯片、铟柱、填充胶、钝化层和UBM的像元级有限元仿真模型,并根据不同的铟柱直径和高度开展了60组仿真计算,根据计算结果绘制了p-n结区最大应力值的变化曲线,并分析了应力变化规律。     

盲元作为红外焦平面可靠性分析手段的探讨

红外焦平面器件广泛应用于国防安全、空间探测、环境监测、工业控制等各个领域,但是由于量少价高的特点,可靠性成为其技术发展的主要瓶颈之一。盲元是红外焦平面的失效像元,是对器件工作特性的反映,因此,可以用作可靠性评价和失效分析手段的重要参数。以出厂时间为界,将盲元分为初始盲元和使用盲元,并分析了其类型、性质、数量、位置及分布等方面的特征。根据红外焦平面器件结构特点,从探测器、互联铟柱和读出电路三个方面分析了盲元形成原因,全面探讨了盲元分析在研究器件损伤应力、失效位置、损伤机理上的应用,以及准确评价器件性能和提高盲元剔除精度的可行性,为器件结构的优化和工艺的改进提供了支撑。     

锑化铟红外探测器的三维电极成型技术

锑化铟的电极因三维特性易产生侧壁断裂问题,互联的铟柱会侵入电极内部,影响锑化铟芯片的可靠性。使用离子束溅射沉积、热蒸发、磁控溅射等方法制备三维电极体系,并通过聚焦离子束(Focused Ion Beam, FIB)方法以及扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)对其进行表征。结果表明,通过热蒸发、磁控溅射制备的电极三维覆盖情况较好,但存在电极脱落和剥离困难的问题;离子束溅射沉积方法可通过改变沉积角度、移除修正挡板来实现锑化铟三维电极的高质量制备。     

聚酰亚胺涂料在微细加工中的应用

阐述了聚酰亚胺涂料不同与常规材料的物理及化学特性,并利用其独特的性质将其应用在红外焦平面器件中的铟柱制备及微型金属杜瓦瓶用薄膜电缆制作中,通过实验解决了工艺中的难题,取得很好的效果.     

铟凸点对倒装互连影响的研究

制作了2种形式的铟凸点:即直接蒸发沉积的铟柱和将铟柱回流得到的铟球。分别讨论了铟柱和铟球对倒装互连的影响,着重讨论了铟球和铟柱分别和芯片倒装互连后的剪切强度,结果发现在互连未回流的状态下铟球的剪切强度是铟柱的1.5倍,回流后铟球的剪切强度是铟柱的2.8倍。此外,分析讨论了长时间放置在空气中的铟球对倒装互连的影响,结果发现长时间放置在空气中的铟球和芯片互连后,器件的电学与机械连通性能会受到很大的影响。     

64×64焦平面器件读出电路铟柱列阵工艺设计及实践

用铟柱进行探测器芯片与读出电路 (ROIC)之间的电气和机械连接是混合红外焦平面列阵(FPA)最常用的互连方式之一。根据现有的工艺设备和实验条件对在 6 4× 6 4ROIC上生长铟柱进行了优化工艺设计 ,并分析讨论了工艺过程及参数对生长铟柱质量的影响。通过工艺实践验证 ,在 6 4×6 4ROIC上生长的铟柱能够基本满足FPA器件倒焊互连要求     

低损伤碲镉汞长波红外焦平面探测器电极接触孔刻蚀技术研究

长波碲镉汞材料受结构、组分等因素影响。在制备器件过程中,刻蚀电极接触孔易发生材料损伤,影响芯片的成像性能。利用现有电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma, ICP)设备刻蚀长波碲镉汞芯片电极接触孔,采用分步刻蚀以避免损伤。该方法虽可提高芯片的成像质量,但效率低,难以应用于大规模生产。为了提高刻蚀效率和实现器件大规模制备,通过对ICP刻蚀机上下电极射频功率的协同优化,开发出长波碲镉汞芯片电极接触孔一次成型工艺。经中测验证,探测器(长波320×256,像元中心间距为30 μm)的盲元率仅为0.26%。该工艺能够实现低损伤电极孔刻蚀,可推广到大批量长波红外芯片制备。     

7.5μm像元间距红外探测器三维电极的制备与应用

采用现有读出电路电极生长设备和直写式光刻设备开发了三维电极的制备工艺。在制备过程中,首先在读出电路表面制备三维电极,在碲镉汞芯片端生长铟饼,然后通过倒装互连工艺可以实现7.5μm像元间距的1k×1k碲镉汞芯片与读出电路的互连。可变参数包括金属生长角度、生长速率、生长厚度以及金属种类等。经研究发现,通过该工艺制备的7.5μm像元间距的三维电极高度可达到3.8μm,高度非均匀性小于3%,可以经受7.6×10^-5 N的压力。三维电极的应用,降低了倒装互连工艺对HgCdTe芯片平坦度和互连设备精度的要求,大幅提高了7.5μm像元间距红外探测器的互连成品率。