10.6 μm激光对HgCdTe焦平面器件热应力的分析

建立了HgCdTe红外焦平面器件的多膜层理论模型,利用有限元分析的方法,对10.6μm激光辐照下HgCdTe红外焦平面器件的升温情况与热应力分布情况进行模拟,并通过参考已有文献的实验结果,验证了理论模型的合理性。理论分析结果表明:激光作用时探测器的温度场变化剧烈,200 W/cm2连续激光作用1 s后,HgCdTe感光层所受热应力为-986 MPa;脉宽100 ns,功率密度15 MW/cm2脉冲激光作用后,HgCdTe感光层所受热应力为-1300 MPa,都比器件制造过程中由于热失配而产生的热应力大;应力损伤发生的概率增大,可能比热损伤先发生,是HgCdTe红外焦平面器件激光损伤中的重要原因。     

2048×2048 HgCdTe红外焦平面杜瓦冷头热应力有限元分析

利用有限元方法对2048×2048(15 μm)红外焦平面杜瓦冷头的原始结构以及加入的平衡层结构进行了分析.在陶瓷基板下方增加膨胀系数较小的平衡层,对探测器芯片变形及热应力有一定的缓解作用.通过增大AlN平衡层上表面的直径,减小了芯片中心以外的翘曲范围,缓解了应力过于集中的问题.当直径超过芯片对角长度时,最大热应力骤减,最终趋于稳定;芯片变形量随之迅速减小.在直径为36 mm时,达到最小值(6.86 μm);随后缓慢增加并趋于稳定.当AlN平衡层的直径超过芯片对角长度后,AlN平衡层的厚度对芯片变形的影响开始减小.通过加入AlN平衡层能够有效改善大面阵焦平面探测器芯片的变形及热应力,同时通过调节AlN平衡层的结构,可进一步优化探测器杜瓦组件的可靠性.     

红外焦平面探测器热应力的有限元仿真方法分析

以64×64红外焦平面探测器为例,构建了包含探测器芯片、铟柱、填充胶和读出电路的全尺寸有限元仿真模型,与探测器芯片、填充层和读出电路的简化模型进行对比。研究表明,两种模型在芯片热应力的变化趋势上保持一致。由于铟材料与碲镉汞材料之间的热膨胀系数相差较大,随着芯片尺寸的增大,铟柱的影响逐渐增加,填充层简化模型计算得到的芯片热应力与全尺寸模型的热应力的差距会越来越大。     

CO2激光对HgCdTe焦平面器件热力作用的理论分析

利用有限元分析方法,对CO2连续激光辐照HgCdTe红外焦平面器件的温升效应和热应力效应进行模拟计算,模型的建立加入了In柱对实验的影响.对温度及热应力分布进行分析,结果表明,探测器的温度分布随着激光辐照时间的增加而出现明显的变化.在感光层与In柱阵列的交界面上所产生的热应力对HgCdTe红外焦平面器件造成的损伤有可能先于温升损伤而发生.     

红外焦平面探测器封装结构热应力分析

红外焦平面探测器是一个主要由引线基板、硅读出电路、铟柱和探测器芯片组成的多层结构。由于材料层间热膨胀系数的差异,低温时探测器中会产生相当大的热应力,对探测器温度循环可靠性影响严重。为了考察红外焦平面探测器低温下的热应力情况,建立了探测器结构的有限元分析模型;利用该模型分析了引线基板热膨胀系数、弹性模量,及其厚度分别对Si、CdZnTe衬底类型的探测器热失配应力和形变的影响;根据对这两种类型探测器的分析结果,分别提出了相应的改进方法,并对方法进行了计算验证。     

红外焦平面器件温度循环可靠性研究

红外焦平面器件的可靠性是目前制约焦平面工程化应用的主要因素,而器件在温度循环条件下导致的衬底断裂、In柱脱开等问题又是影响器件可靠性的主要因素.温度循环下的可靠性问题是由器件组成材料的热膨胀系数不同而产生的热应力造成的,为保证器件在温度循环或温度冲击条件下的可靠性,就必须使器件衬底内部和互联In柱所承受的应力在其断裂强度之内,对器件结构进行优化设计是适用于中等规模器件提高温度循环可靠性的主要方法,本文针对这一问题提出了结构设计优化的主要思路,结合某红外焦平面器件,采用有限元软件仿真方法进行了结构优化设计,并通过实验证明了结构设计的正确性和可行性.     

多种结构硅通孔热应力仿真分析

硅通孔(TSV)技术是实现三维封装的一种关键技术。通过有限元分析方法,研究了三种结构硅通孔的热应力,提出聚对二甲苯填充结构在热应力方面的优越性。为了进一步研究聚对二甲苯填充结构的TSV热应力,选用不同聚对二甲苯直径、高度、硅通孔的尺寸和深宽比进行仿真,得出一系列优化结论:随着聚对二甲苯直径的增大,等效应力先增大后减小;增大聚对二甲苯的高度、减小硅通孔的直径和深宽比,有利于优化热应力;深宽比大于4时,三种结构的热应力均趋于平稳。     

硅基HgCdTe光伏器件的暗电流特性分析

对硅基HgCdTe中波器件进行了变温电流电压特性的测试和分析。测量温度从30K到240K，得到R0对数与温度的1000／T的实验曲线及拟合结果。同时选取60K、80K及110K下动态阻抗尺与电压V的曲线进行拟合分析。研究表明在我们器件工作的温度点80K，零偏压附近主要的电流机制是产生复合电流和陷阱辅助隧穿电流。要提高器件的水平，必须降低陷阱辅助隧穿电流和产生复合电流对暗电流的贡献。     

碲镉汞红外焦平面器件热失配应力研究

采用有限元分析方法研究了碲镉汞红外焦平面器件在低温下由于不同热膨胀系数引起的热失配应力,提出了两种焦平面器件结构,可以有效地降低热应力,并应用于实际器件的制备,明显提高了碲镉汞焦平面器件的可靠性.     

硅基HgCdTe光伏器件的暗电流特性分析

对硅基HgCdTe中波器件进行了变温电流电压特性的测试和分析。测量温度从30K到240K，得到R0对数与温度的1000／T的实验曲线及拟合结果。同时选取60K、80K及110K下动态阻抗R与电压V的曲线进行拟合分析。研究表明在我们器件工作的温度点80K，零偏压附近主要的电流机制是产生复合电流和陷阱辅助隧穿电流。要提高器件的水平，必须降低陷阱辅助隧穿电流和产生复合电流对暗电流的贡献。     

High-Performance LWIR MBE-Grown HgCdTe/Si Focal Plane Arrays

We have been actively pursuing the development of long-wavelength infrared (LWIR) HgCdTe grown by molecular beam epitaxy (MBE) on large-area silicon substrates. The current effort is focused on extending HgCdTe/Si technology to longer wavelengths and lower temperatures. The use of Si versus bulk CdZnTe substrates is being pursued due to the inherent advantages of Si, which include available wafer sizes (as large as 300 mm), lower cost (both for the substrates and number of die per wafer), compatibility with semiconductor processing equipment, and the match of the coefficient of thermal expansion with silicon read-out integrated circuit (ROIC). Raytheon has already demonstrated low-defect, high-quality MBE-grown HgCdTe/Si as large as 150 mm in diameter. The focal plane arrays (FPAs) presented in this paper were grown on 100 mm diameter (211)Si substrates in a Riber Epineat system. The basic device structure is an MBE-grown p-on-n heterojunction device. Growth begins with a CdTe/ZnTe buffer layer followed by the HgCdTe active device layers; the entire growth process is performed in␣situ to maintain clean interfaces between the various layers. In this experiment the cutoff wavelengths were varied from 10.0 μm to 10.7 μm at 78 K. Detectors with >50% quantum efficiency and R ₀ A ∼1000 Ohms cm² were obtained, with 256 × 256, 30 μm focal plane arrays from these detectors demonstrating response operabilities >99%. Work supported by the Missile Defense Agency (MDA) through CACI Technologies, Inc. subcontract no. 601-05-0088, NVESD technical task order no. TTO-01, prime contract no. DAAB07-03-D-C214, (delivery order no. 0016)     

Si基大面积碲镉汞分子束外延研究

文章报道了Si基碲镉汞分子束外延(MBE)的最新研究进展。尝试用晶向偏角降低高界面应变能的方法,摸索大失配体系中位错的抑制途径,寻找位错密度与双晶半峰宽的对应关系,基本建立了外延材料晶体质量无损检测评价标准,并对外延工艺进行指导。通过上述研究,15~20μm Si基CdTe复合材料双晶半峰宽最好结果为54arcsec,对应位错密度(EPD)小于2×106/cm2,与相同厚度的GaAs/CdTe(211)双晶水平相当,达到或优于国际最好结果。获得的3 in 10μm Si基HgCdTe材料双晶半峰宽最好结果为51arcsec,目前Si基HgCdTe材料已经初步应用于焦平面中波320×240器件制备。     

Si/GaAs晶圆片键合热应力及其影响因素分析

分别利用Suhir双金属带热应力分布理论和有限元法研究了Si/GaAs晶圆片键合界面在退火过程中的热应力分布,并将热应力分布理论计算结果与有限元分析结果进行了对比验证,得到了一致的结论.根据计算分析结果,对晶圆片进行了结构热变形分析,并研究了不同因素对键合热应力的影响,提出了减小键合热应力的有效措施.     

锑化铟红外焦平面器件信号分层问题研究

锑化铟红外焦平面器件在杜瓦测试中常常会出现信号分层问题,由此影响器件制造的成品率。通过对器件杜瓦测试电平图、管芯电流电压测试结果及衬底掺杂浓度进行研究,找到了导致探测器信号分层的原因。进一步的理论分析表明,锑化铟衬底上局部的高浓度掺杂区域会对器件性能造成影响。基于此研究,在芯片的制备过程中可采取相应的措施,最大限度地避免后道工序中的无效工作,从而提高锑化铟焦平面器件工艺线的流片效率。     

封装中的界面热应力分析

随着电子封装集成度的不断提高,集成电路的功率容量和发热量也越来越高,封装体内就产生了越来越多的温度分布以及热应力问题。文章建立了基板-粘结层-硅芯片热应力分析有限元模型,利用有限元法分析了芯片/基板的热应力分布,封装体的几何结构参数对应力的影响,重点讨论了芯片与粘结层界面上和基板与粘结层界面上的层间应力分布     

碲镉汞线列红外探测器模块温度循环的可靠性

针对直接倒焊(Ⅰ型)、间接倒焊(Ⅱ型)两种红外探测器模块,两者中的探测器芯片、硅读出电路和引线基板的尺寸完全相同,只在倒焊封装结构上有所差异,用有限元方法分析比较了这两种封装形式的基本模块于液氮温度时的热应力和形变大小情况,分析结果与实验现象符合较好,模块低温形变值的测量验证了有限元分析结果的合理性.     

RF MLCC热应力分析

采用有限元方法,应用ANSYS软件．模拟不同内电极结构和不同端电极厚度的RF MLCC在热冲击时的热应力分布。模拟结果显示：端电极倒角处、银电极与内电极引出端的接触处所受von mises热应力较大．是热应力下RF MLCC结构中最薄弱的部位：结构中的峰值热应力随温度循环次数的增加而增加,五次循环后的热应力约为首次循环的4．5倍;悬浮内电极结构银电极上的最大热应力远小于正常内电极结构;增加银电极厚度可以大大减小热应力,对于13层悬浮内电极结构的RF MLCC．银电极厚度增加一倍,其所受热应力最大值减少约50％。本次仿真结合了自由划分和映射划分,并且多次局部细化网格,消除了畸形网格,使得各次仿真的能量准则百分比误差均小于2％。为分析RF MLCC热失效机制、优化结构、提高其可靠性提供了理论依据。     

HgCdTe微台面红外焦平面技术研究

文章报导了采用液相外延(LPE)生长P型材料、B离子注入成结、全干法深台面刻蚀、深台面侧向钝化及电极引出技术制备出中波320 ×256HgCdTe微台面阵列结构,其相元中心距为30μm,截止波长为5. 0μm。     

红外焦平面失效现象仿真研究

在性能较差的红外焦平面器件中，其背景图像经常出现一些现象，比如“黑线”、“锯齿”、“滴落圆”等，其原因可能是红外焦平面器件有缺陷或其读出电路存在问题。本文针对红外焦平面可能出现的各种缺陷，将其等效为失效性模型，用EDA软件分别对采用DI和CTIA两种读出结构的红外焦平面进行失效性等效模拟分析。通过对3×3和10×10规模的红外焦平面输出信号进行模拟，分析了背景图像中失效现象产生的原因。红外焦平面失效现象模拟分析得出的结果，为红外焦平面读出电路结构的改进提供了参考依据。     

红外焦平面失效现象仿真研究

在性能较差的红外焦平面器件中，其背景图像经常出现一些现象，比如“黑线”、“锯齿”、“滴落圆”等，其原因可能是红外焦平面器件有缺陷或其读出电路存在问题。本文针对红外焦平面可能出现的各种缺陷，将其等效为失效性模型，用EDA软件分别对采用DI和CTIA两种读出结构的红外焦平面进行失效性等效模拟分析。通过对3×3和10×10规模的红外焦平面输出信号进行模拟，分析了背景图像中失效现象产生的原因。红外焦平面失效现象模拟分析得出的结果，为红外焦平面读出电路结构的改进提供了参考依据。