红外焦平面可靠性封装技术

系统研究了红外焦平面组装、封装及其可靠性技术,解决了组件结构模拟、子模块精确定位、扁平引线设计、低漏率激光焊接、杜瓦内表面气体解吸分析及其解决途径等理论与技术问题,进行了组件可靠性、器件的高能粒子辐照与激光辐照等试验,获得了一批实用化焦平面组件杜瓦和扁平引线,并均已转入工程研制.研究结果表明微型杜瓦的热负载小于250mW,真空保持寿命大于1年半.

表面二次阳极氧化对HgCdTe光导器件性能的影响

采用微波光电导衰退法(μ-PCD)测试了二次阳极氧化膜和传统氧化膜钝化的中波n型HgCdTe芯片的少子寿命。利用俄歇电子能谱(AES)研究了传统方法与新方法生成的氧化膜的组分变化。结果表明二次阳极氧化能显著提高少数载流子寿命,采用此工艺制作的光导器件的信号、响应率、D*优于常规方法制作的器件。

HgCdTe光导及扫积型器件的瞬态响应

从理论和实验上分析了HgCdTe光导(PC)及扫积型(SPRITE)器件的瞬态衰退过程,结果表明在高偏置电场下,光导器件的衰退过程近似线性,扫积型器件的衰退过程近似矩形.由衰退过程曲线可以确定过剩载流子的双极迁移率.

碲镉汞阳极氧化层的化学结构分析

碲镉汞(MCT)由于其特殊的禁带宽度,成为一种重要的红外探测器半导体材料。其表面复合中心会严重影响探测器性能,为了减少复合中心及保持电学和化学稳定性,表面钝化成为必不可少的工艺步骤。根据碲、镉、汞3种元素在碱性溶液中的电极电势,计算得出阳极氧化的先后顺序为Cd>Te>Hg,并以其构建了一种氧化过程模型,模拟溶液中负电荷离子渗入材料和材料内部各种离子的位置及价态变化,推导出组成结构,与XPS化学组分分析结果十分吻合。在结构方面,该模型成功解释了缺Hg区、富Cd区和富Te区的存在及其位置,并通过俄歇电子能谱(AES)测试得到了验证,说明模型具有一定的合理性。

感应耦合等离子体干法刻蚀中光刻胶掩模的异常性

利用光刻胶作刻蚀掩模对半导体样品进行感应耦合等离子体干法刻蚀时发现光刻胶掩模在刻蚀后表面出现凸起和孔洞等异常现象,等离子体会透过部分孔洞对样品表面产生刻蚀损伤。利用探针式表面轮廓仪和激光共聚焦显微镜对这些异常现象进行了分析,认为是刻蚀时等离子体气氛中的紫外线对作为掩模的光刻胶进行了曝光作用而释放出一定量的氮气,从而在光刻胶内外形成了压强差而使光刻胶局部表面产生微凸起;当光刻胶的强度无法阻止内部氮气的膨胀时,则会发生类似爆炸的效果,在光刻胶表面形成孔洞状缺陷,导致掩模保护作用的失效。

航空遥感用碲镉汞光导探测器的研究

介绍几种航空遥感用碲镉汞光导红外探测器的基本设计原理、结构及性能.

GaAs/AlGaAs量子阱长波10.55μm红外焦平面探测器

利用GaAs/AlGaAs量子阱结构,研制了像元规模为640×512、中心响应波长在10.55μm附近的红外焦平面阵列器件,与50 K集成式制冷机耦合后,测试了相关性能,其等效噪声温差达到22.5 mK。焦平面组件通过了初步的开关机试验以及热真空试验后,表现良好。考虑封装冷屏导致在面源黑体测试时产生的焦面照度不均匀问题进行了数值计算,并分析了与近似解析计算的误差,表明当F数变小时应当采用数值计算,并认为探测器测试的非均匀性主要由照度不均匀贡献。针对10.55μm量子阱探测器,利用开源的MEEP FDTD软件,进行了近场耦合的光场分布计算,计算结果表明目前的结构参数在光衍射方面是比较接近优化的。

Cl_2/Ar/BCl_3ICP刻蚀AlGaN的研究

感应耦合等离子体(ICP)刻蚀在AlGaN基紫外探测器台面制作中起着重要作用。在对比了ICP与RIE,ECR等干法刻蚀技术优缺点的基础上,采用Ni作为掩膜,Cl2/Ar/BCl3作为刻蚀气体,对金属有机化学气相淀积生长的n-Al0.45Ga0.55N进行了ICP刻蚀研究。刻蚀速率随着ICP直流偏压的增加而增加,刻蚀速率随着ICP功率的增加先增加较快后增加缓慢。最后结合刻蚀表面的扫描电镜(SEM)分析和俄歇电子能谱(AES)深度分析对刻蚀结果进行了讨论。分析表明,在满足刻蚀表面形貌的同时,较低的直流偏压下刻蚀速率较慢,但损伤较小,这对于制备高性能的紫外探测器是有利的。

碲镉汞晶片少数载流子寿命面分布的自动测试技术

建立了一套碲镉汞薄晶片加工过程中的少数载流子寿命面分布自动检测系统，用于碲镉汞多元光导器件制备工艺生产线，获得了１８０元器件性能分布同薄晶片少数载流子寿命分布一致的结果。

氮化镓基薄膜材料的测试和评价

氮化镓基薄膜材料由于外延衬底与氮化镓基薄膜材料之间存在较大的晶格失配,因此氮化镓基薄膜材料,特别是铝镓氮薄膜材料的质量还需要有很大的提高。本文利用紫外可见透射光谱,电流电压特性曲线测试,以及二维透射扫描系统来评价氮化镓基薄膜材料。利用紫外可见透射光谱,可以得到材料的截止波长、吸收边以及在可见光波段的透射率,从而对材料的组分以及材料的异质结界面作出评价;利用简单的电流电压特性曲线测试可以对薄膜材料最表层的电导能力有所了解;而利用搭建的二维透射扫描系统则可以对材料均匀性进行量化的评价。通过以上这些非损伤性的测试评价手段,对氮化镓基薄膜材料的光学、电学以及均匀性等各方面的重要性能作出定性和半定量的评价,从而对薄膜材料生长以及后续的大面阵芯片制作提供极其重要的指导。

化学机械抛光产生的碲镉汞材料亚表面损伤层的研究

针对化学机械抛光工艺对碲镉汞材料所产生的亚表面损伤层进行了研究。利用椭圆偏振光谱方法对经过腐蚀剥层的碲镉汞材料表面进行了光学表征,认为化学机械抛光工艺造成的亚表面损伤层的深度大概为抛光工艺中所使用研磨颗粒直径的15~20倍。通过少子寿命表征和光导器件性能的对比测试,认为将该亚表面损伤层完全去除后,材料的少子寿命和器件的光电性能会得到明显的提高。

碲镉汞红外探测器的分步式阳极氧化新方法研究

采用小电流腐蚀、脉冲电流钝化、恒压退火的分步式阳极氧化钝化新方法对碲镉汞红外探测器进行表面钝化，利用扫描电镜(SEM)、俄歇电子能谱(AES)对传统恒流方法和新方法生成的两种阳极氧化膜进行测试比较。结果表明，新方法生长的阳极氧化膜的质量得到了明显改善。并对新方法工艺条件进行了研究，获得了能提高成膜质量的工艺参数条件。

光导型碲镉汞红外器件的曲面延伸电极工艺评价

制备了一种带有曲面延伸电极结构的碲镉汞光导型红外探测器,对曲面延伸电极的抗低温冲击能力进行了研究,在9次的液氮直接冲击下曲面延伸电极完好,器件电阻无大变化。通过扫描电子显微镜(SEM)对曲面延伸电极的台阶侧面微观形貌进行观察,发现在延伸台阶的侧面有孔洞出现。通过改进镀膜工艺,延伸台阶侧面的金属薄膜致密无孔洞。这表明宏观的电阻表征对微观缺陷不敏感,对电极可靠性的表征要结合微观形貌表征进行;同时适当的薄膜制备条件可以使大台阶侧面获得致密的金属薄膜,从而获得良好的台阶覆盖性。

ICP刻蚀气压对碲镉汞电学性能的影响

研究了利用ICP(Inductively Coupled Plasma)干法刻蚀工艺制备长波碲镉汞光导器件过程中刻蚀气体压强对材料电学参数的影响。发现增大气体压强会导致材料的电学性能衰退,表现为材料的载流子浓度增加、迁移率降低以及电阻率增加。分析认为增大的压强使得材料内部产生了更多的填隙Hg离子,增强了载流子受到的电离杂质散射作用;同时材料内部也产生了更多的缺陷,极化声子散射作用也因此加强。由此解释了在流片过程中出现的某一批次碲镉汞光导器件性能的恶化是该批次器件ICP刻蚀工艺中的气压参数增加所致。