碲镉汞焦平面组件中硅减薄工艺与热应力计算

液氮冲击下,碲镉汞(HgCdTe)焦平面探测器中层状材料间线膨胀系数的不同将会在层状材料中产生热失配,过大的热失配应力将引起HgCdTe芯片断裂,决定着HgCdTe 焦平面探测器的结构可靠性。为了解决HgCdTe 焦平面探测器在液氮冲击下的热失配问题,我们借助MATLAB运算工具,采用线弹性多层体系热应力计算方法,得到了硅读出电路(Silicon Read Out Integrated Circuits,Silicon ROIC)的厚度取不同值时,HgCdTe芯片中的热应力沿法线方向的分布。计算结果表明:当Silicon ROIC的厚度由340μm减薄至25μm的过程中,HgCdTe芯片中生成的热应力随着Silicon ROIC厚度的变薄而线性减小。这表明Silicon ROIC减薄方案是一种解决HgCdTe红外焦平面探测器热失配问题的有效途径。     

InSb红外焦平面列阵探测器局部分层失效机理研究

批量生产中,锑化铟红外焦平面列阵探测器(InSb IRFPAs)局部分层失效现象已成为制约其成品率提升的瓶颈。为探究InSb IRFPAs局部分层诱因,借助内聚力模型,在InSb芯片与底充胶的界面处铺满内聚力单元,优选内聚力模型参数,建立InSb IRFPAs局部失效分析二维模型。模拟结果得到了实测局部分层分布特征的证实,即:(1) 局部分层大多出现在芯片周边区域,涵盖一定宽度;(2) InSb芯片与底充胶之间的界面局部脱开后,逐渐向两侧扩展。为剖析局部分层诱因,系统分析了张开型与滑开型裂纹扩展共同作用下混合模态比取不同值时局部分层分布特征的演化规律,认为当张开型和滑开型裂纹扩展的混合比取4: 6时,模拟结果与实测结果高度吻合。至此笔者认为InSb IRFPAs局部分层源于界面法向应力与面内剪切应力的共同作用,属于典型的混合型局部分层模式,其中滑开型局部分层模式占主导。     

隔离槽对锑化铟探测器芯片断裂的影响

液氮冲击中锑化铟(InSb)芯片的断裂现象制约着InSb红外焦平面探测器(IRFPAs)的成品率。在台面结光敏元阵列中,光敏元之间的隔离槽可能会引起应力集中,驱使InSb芯片中的位错线成核、扩展,导致InSb芯片断裂。为定量分析隔离槽对InSb芯片断裂的影响,建立了InSb IRFPAs结构分析模型,剖析了隔离槽结构的引入对InSb芯片前表面应力分布的影响,发现V型隔离槽槽底是应力集中点;随后在V型隔离槽底预置不同长度的初始裂纹以描述位错线的长短,得到能量释放率随预置裂纹长度之间的关系。经分析后认为:隔离槽确能引起InSb芯片中面内正应力在槽底处产生应力集中;该区域的应力集中有利于InSb芯片中位错线增长,贯穿InSb芯片,导致InSb芯片发生断裂;此外,与V型槽底重合的预置裂纹更易引起InSb芯片发生断裂。这些结论能够为分析InSb芯片的断裂提供新的视角。     

锑化铟红外焦平面阵列探测器的热应力结构优化

在液氮冲击实验中,锑化铟红外焦平面阵列探测器中各层材料之间线膨胀系数的不同将导致热失配产生,过大的热失配应力将引起锑化铟芯片断裂失效。为了降低热失配对锑化铟芯片的影响,基于弹性多层体系热应力计算理论,借鉴平衡复合物结构设计方法,优化平衡复合物结构上表面的热应变,使得平衡复合物结构中硅读出电路上表面的热应变尽可能接近锑化铟芯片下表面的热应变,从而大幅降低锑化铟芯片中的热应力。考虑器件加工工艺成熟度,经一系列计算表明:当硅读出电路的厚度取25 μm时,平衡复合物结构中硅读出电路上表面的热应变与InSb芯片下表面的热应变最为接近,此时锑化铟芯片中的拉应力最小。锑化铟芯片中拉应力的大幅降低,将为消减液氮冲击中锑化铟芯片的碎裂几率提供可以信赖的结构设计方案和实现途径。