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。     

应力制约的InSb焦平面探测器均匀性

采用焦平面探测器均匀性作为衡量InSb芯片承受应力的方法,通过工艺改进有效地降低了应力水平,提高了128×128 InSb焦平面探测器的均匀性,取得了响应非均匀性为3.0%的结果.     

InSb焦平面芯片的响应率提升研究

InSb光伏探测器的响应率是评价探测器性能的重要指标之一。探测器的电压信号与响应率成正比。从光敏芯片的角度提出了增大InSb红外探测器信号的方法。通过实验设计,优化了台面湿法刻蚀的方法,减小了芯片p型层的厚度。优化台面刻蚀方法使台面面积增加,InSb芯片的I-V电流增大了40%,组件的电压信号值提升了16%。进一步将InSb芯片的p型层厚度减小至0.8～1.2■m后,InSb芯片的I-V电流增大了67.3%,单元组件的电压信号值提升了40.2%。基于InSb光敏芯片光生载流子的产生到光电流的转换过程,分析了台面湿法刻蚀以及p型层的厚度对信号的影响机理。该研究对于提升InSb探测器信号和优化探测器性能具有重要的指导意义。     

InSb红外探测器组件的无输出问题研究

研究了InSb红外探测器组件的无输出问题。通过故障分析确定探测器的失效部件为InSb芯片。结合器件结构和工艺,对InSb器件的失效机理进行了研究。发现器件在去胶工艺中有光刻胶残留,在后续的钝化工艺中会生成难以腐蚀去除的沾污层,导致电极膜层存在可靠性隐患。经历高温、振动等环境试验后电极浮起,导致了探测器组件的无输出问题。     

基于可靠性试验的InSb红外探测器失效机理研究

对于芯片加速寿命可靠性试验来说,温度是其中最重要的一环。首先,立足于芯片可靠性试验中温度的变化,探究高温烘烤对InSb红外探测器芯片光电性能的影响;然后对盲元的类型进行了分类,并总结出了像元损伤的可能原因;最后利用有限元分析软件对探测器结构进行了热应力仿真和分析,进一步明确了芯片碎裂的机理。由仿真结果可知,芯片中心位置受力较大,其值在680 MPa左右,这与InSb探测器中心位置易发生疲劳失效现象相吻合。提供了一种研究InSb探测器失效机理的新思路,对于高性能InSb红外探测器的研制具有一定的实际指导意义。     

InSb单元及线列器件I-V特性失效分析

InSb单元及线列器件广泛应用于中波红外探测器的研制。InSb器件I-V中测筛选既可以有效地检测出适于装配使用的合格芯片,还可对前道工艺存在的问题实现有效监控和反馈。本文采用半导体参数分析仪对InSb单元及线列器件进行I-V测试,对日常测试中出现的I-V失效进行归纳,并对典型失效情况进行了失效原因分析,发现影响探测器芯片直流特性的主要因素是表面漏电。     

InSb面阵探测器波段内脉冲激光干扰响应特性研究

介绍了激光定向干扰红外探测系统的干扰机理及波段内激光定向干扰的主要干扰方式.以InSb红外探测成像系统为研究对象,开展了典型条件下的波段内脉冲激光定向干扰试验,分析了InSb面阵探测器对波段内脉冲激光干扰的响应特性,获取了探测器在脉冲激光干扰下的损伤模式和损伤阈值,为后续深入研究激光定向干扰效能奠定基础.     

InSb薄膜分子束外延技术研究

InSb材料由于其优异的光电性能,一直是军事领域重要的红外探测器材料。而高温工作是InSb发展的一个重要方向,开发分子束外延InSb材料是实现高温工作的基础。本文采用分子束外延工艺生长获得了高质量的InSb薄膜,通过金相显微镜、X射线双晶衍射仪、原子力显微镜、SEM和EDX等检测手段对InSb外延膜进行表面缺陷、晶体质量表征和分析,并采用标准的InSb器件工艺制备128×128焦平面探测器芯片进行材料的验证,结果表明该材料性能可以满足制备高性能器件的要求。     

InSb红外探测器芯片金丝引线键合工艺研究

InSb红外探测器芯片镀金焊盘与外部管脚的引线键合质量直接决定着光电信号输出的可靠性,对于引线键合质量来说,超声功率、键合压力、键合时间是最主要的工艺参数。从实际应用出发,采用KS公司4124金丝球焊机实现芯片镀金焊盘与外部管脚的引线键合,主要研究芯片镀金焊盘第一焊点键合工艺参数对引线键合强度及键合区域的影响,通过分析键合失效方式,结合焊点的表面形貌,给出了适合InSb芯片引线键合质量要求的最优工艺方案,为实现InSb芯片引线键合可靠性的提高打下了坚实的基础。     

InSb红外探测器钝化前清洗工艺研究

对InSb红外探测器钝化前清洗工艺进行了研究。在传统清洗方法的基础上增加专用清洗液进行清洗,以优化钝化前InSb材料的表面质量。飞行时间二次离子质谱仪(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, TOF-SIMS)质谱检测表明,增加专用清洗液清洗工艺后,InSb材料表面的Si杂质浓度降低了约85%,主要有机物杂质浓度降幅约为30%~60%,表面整体杂质含量显著降低。经流片验证,增加专用清洗液进行钝化前表面清洗,I-V性能更优,InSb光伏芯片的长期可靠性显著提高。这说明钝化前InSb材料的表面质量对InSb红外探测器的性能和可靠性具有重要影响。本文提供的钝化前清洗优化方向具有一定的指导意义。     

高斯激光辐照焦平面探测器温度场分析与仿真

为了研究激光辐照焦平面探测器的温度效应,采用ANSYS有限元软件建立高斯脉冲激光辐照锑化铟红外焦平面探测器的3维结构分析模型,并对该探测器3维温度场效应进行了研究。结果表明,激光辐照下,探测器最大温度出现在最上层的锑化铟芯片上,探测器最大温度达到锑化铟芯片熔点温度798K时,将会引起探测器的热熔融损伤,且熔融损伤阈值受到脉宽、光斑半径等激光参量的影响;高斯脉冲激光辐照下,探测器中各层材料的温度场分布呈现出非连续的高温极值区域,其主要原因是位于锑化铟红外焦平面探测器中间层相间分布的铟柱和底充胶具有迥异的热学性质,并且造成探测器温度场云图中锑化铟芯片、底充胶与硅读出电路高温极值区域形成类似于互补的高温分布。这为进一步研究温升效应引起的应力场分布、提高探测器激光防护性能提供了重要的理论分析依据。     

激光辐照对红外探测器的损伤

根据红外探测器的结构特点和传热学理论,研究激光干扰机的激光器对探测器的损伤效果。以InSb探测器为例,设定入射激光从顶层辐照,结合各层之间热传导效应建立分层热模型。考虑激光在空间上的分布为高斯分布,给定初值和边界条件,利用Matlab偏微分工具箱进行建模仿真。重点研究了辐照距离、辐照时间和激光器功率等因素对探测器损伤效果的影响,给出了相应的仿真结果。当连续激光功率为50 W、距离为200 m、辐照时间为3 s时,对探测器的损伤效果主要是软损伤,受激光功率密度所限,未能造成永久性破坏。     

CW CO2激光对PV型InSb探测器的破坏效应

通过测量光伏型锑化铟探测器在不同功率密度、不同辐照时间的CW CO2激光辐照时性能的变化,得到其破坏阈值区间.理论上用一维热模型计算了探测器在激光辐照过程中的温升,结果表明,PV型InSb探测器的破坏效应源于连续波激光辐照过程中温升达到InSb材料熔点时其pn结退化为电阻.     

256元锑化铟光伏焦平面探测器

本文从几个方面简要介绍了２５６元锑化铟光伏焦平面探测器的研究情况，并从焦平面的角度讨论了长线列探测器的工艺及设计要求，另外也介绍了信号处理电路的研制情况以及如何完成焦平面的互连及测试工作。最后介绍了器件的测试结果及一些应用情况。     

平面PN结InSb红外焦平面探测器的研究

研究了基于Be离子注入技术的平面型和Cd扩散技术的台面型锑化铟红外焦平面阵列（IRFPA）探测器芯片工艺流程。并进行了芯片I－V、成像结果等对比测试,Be离子注入平面型器件和扩散台面型芯片的性能水平相当,具备一定的工程应用水平。     

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。     

基于热扩散制备平面PN结InSb红外焦平面芯片

研究了一种基于在锑化铟衬底材料上以热扩散工艺制备平面PN结的红外焦平面阵列(IRFPA)探测器芯片结构及其工艺流程。根据锑化铟材料的特性设计了新的焦平面器件制备流程,选择了等离子增强化学气相淀积(PECVD)淀积的非晶氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)薄膜作为扩散工艺中的掩膜材料。在此基础上制备出了具有较好的I-V特性曲线的焦平面芯片。     

激光开槽技术在毫米波产品中的应用

在毫米波产品设计中,芯片的安装方式及连接路径是影响产品性能的一个重要因素.目前的手工操作方法不能满足高性能产品设计的需要,同时也是批量化生产的工艺技术瓶颈.介绍了一种新型的在电路基片上制作芯片安装槽的激光开槽工艺技术.对机械透铣和激光蚀刻两种工艺技术进行了比较.通过研究和试验,确定了激光设备的工艺参数,在电路基片上制作出精确的芯片安装槽.经应用表明,芯片安装缝隙达到了0.1mm的水平,在键合引线处产生的插损和驻波显著降低.这种技术大幅提高了毫米波产品的装配成品率和生产效率,减小了键合引线引起的寄生效应影响,保证了毫米波产品的设计需要.     

锑化铟晶片的电学均匀性研究

锑化铟焦平面探测器是红外成像系统的重要组成部分,对红外成像的成本和性能都有重要影响。锑化铟晶片的质量及均匀性决定了探测器的性能。通过霍尔效应测试、低温探针法以及微波光电导衰退法研究了锑化铟晶片的电学性能均匀性。结果表明,所制备的锑化铟晶片的载流子浓度和电子迁移率的面分布较均匀,但低温电阻率以及少子寿命的分布呈现较小的非均匀性变化,这主要与锑化铟生长过程中的杂质分凝有关。