碲镉汞红外探测器离子束刻蚀研究

电极成型技术是红外焦平面探测器的重要组成部分,离子束刻蚀技术由于具有高各向异性和高分辨率等诸多优点,适用于制备低损伤、高均匀性以及可生产性的电极体系。本文采用离子束刻蚀制备了平面型、台面型器件的电极结构,通过FIB和SEM表征了不同刻蚀条件下的电极形貌和结构,研究了不同刻蚀角度、能量以及热处理对碲镉汞红外探测器的影响。结果表明,离子束刻蚀技术具有侧边平滑、均匀性高、稳定性强以及工艺重复性好等诸多优点。另外,离子束刻蚀可以实现台面结器件的电极隔离,但台面侧壁存在一定金属电极残留,需要进一步优化台面形貌和刻蚀角度。在热处理对刻蚀的影响上,低能量刻蚀形成的晶格损伤,经过高温可以修复;高能量刻蚀将同时造成晶格损伤和电学损伤,热处理只能一定程度上改善pn结性能,电学损伤将在刻蚀后表面形成严重的漏电效应,降低了探测器的品质因子R_(0)A。

p-on-n型10μm像元间距长波1280×1024红外探测器制备研究

采用p-on-n结构的碲镉汞红外探测器芯片的暗电流低、少子寿命长,是目前高性能红外探测器的主流发展方向。为了满足未来红外探测器小型化的发展需求,开展了p-on-n型10 m像元间距长波1280×1024探测器芯片研究。针对As离子注入激活、长波小间距芯片制备技术的难点,开展了As离子注入技术、As激活退火技术的研究分析。通过不同的表征方法验证了最佳条件,并通过器件工艺进行了探测器芯片的制备。测试其I-V特性曲线,获得了性能较好的探测器芯片。该研究对小像元间距p-on-n型长波碲镉汞焦平面器件的制备具有重要意义。

富汞开管热处理对碲镉汞性能影响的研究

本文采用富汞开管热处理设备对中波MCT材料进行N型退火,研究并解决了如何控制汞蒸气回流的问题。在相同的退火温度和退火时间,使用开管退火工艺和闭管退火工艺进行了对比实验,研究发现随退火时间的增加,两种工艺处理的芯片霍尔浓度呈下降趋势,载流子迁移率呈上升趋势。当退火温度和退火时间相同时,开管退火工艺的载流子迁移率更高。对开管退火工艺的芯片进行I V测试和器件组件最终测试,其性能较好。

倒装焊接机调平问题的研究

倒装互连工艺是制冷型红外焦平面探测器制备的关键技术之一,Z向压偏问题是影响倒装互连工艺成品率的重要因素。从倒装焊接机的设备角度,讨论了倒装焊接机调平与Z向压偏问题的关联性。测量的校准块不同位置焦距数值、标定校准块中点的准直十字位置粗略表明上焊臂与下基台的相对平行。此外,采用激光束获取的上下两个标准块不同位置与激光器的距离,精确表明上焊臂与下基台的空间平行,验证了倒装焊接机调平的准确度。首次建立研究倒装焊接机调平问题的方法体系,为高效解决倒装互连工艺Z向压偏问题、提升红外焦平面探测器成品率和可靠性打下了良好基础。

锑化铟红外探测器的微透镜阵列设计及试验

台面型锑化铟红外焦平面探测器的制作工艺简单,量子效率高,但是填充因子较低且会随着像元尺寸的减小而进一步降低。减小台面腐蚀深度可以提高探测器的填充因子,但会增大串音。介绍了一种新型微透镜阵列的设计与制备方法,以提高锑化铟红外探测器的填充因子并减小串音。与现有的热回流微透镜阵列相比,该微透镜阵列的填充率、表面粗糙度以及尺寸均匀性能得到了较好的兼顾,可直接在锑化铟红外探测器表面制作,工艺简单。结果显示,探测器的串音降低26%,光响应提高22%。

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。

InSb晶片表面有机物沾污清洗的分子动力学研究

清洗是混成式探测器芯片器件制造过程中的一道关键工序。探测器芯片表面所吸附的有机物沾污是清洗的主要目标。使用第一性原理与分子动力学相结合的方法研究了丙酮、乙酸乙酯对InSb晶面有机物沾污(主要成分为502)的清洗机理。第一性原理计算结果表明,丙酮与乙酸乙酯的分子反应活性位点均离域在杂原子上,两者可通过杂原子对吸附在InSb表面的502解吸附以达到清洗的目的。分子动力学模拟结果表明,乙酸乙酯可以促进丙酮分子在502膜层中的扩散能力,以此加强丙酮对502的去除作用。

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0.8~1.2μm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。

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(InductivelyCoupledPlasma,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30μm)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。

硅基碲镉汞红外探测器表面钝化研究

碲镉汞(Mercury Cadmium Telluride,MCT)材料的表面钝化是红外探测器制备中的关键工艺之一。高性能MCT器件需要稳定且可重复生产的钝化表面和符合器件性能要求的界面。因此,探究MCT表面钝化技术具有重要意义。研究了MCT的分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,MBE)原位钝化与磁控溅射钝化两种钝化技术。结果表明,MBE原位钝化膜层的致密性较好,钝化层表面的缺陷孔洞较小,钝化层与MCT的晶格匹配度较好,器件流片的电流-电压(I-V)特性要优于磁控溅射正常钝化。

碲镉汞p型接触孔低损伤干法刻蚀技术研究

对碲镉汞材料干法刻蚀损伤进行研究,采用感应耦合等离子体干法刻蚀技术、湿法腐蚀方法完成碲镉汞接触孔刻蚀,通过扫描电子显微镜和激光扫描显微镜分析刻蚀后样品的表面形貌,利用伏安特性曲线分析刻蚀样品的表面损伤。实验结果表明,干法刻蚀工艺极易造成碲镉汞p型接触孔表面反型,提出了一种新型的干法混合刻蚀技术,该技术通过两步干法刻蚀工艺实现,有效地降低了刻蚀引入的表面损伤。

10μm像元间距1024×1024中波红外探测器研制进展

小像元红外探测器已成为红外探测器技术发展的重要方向,像元尺寸减小可提高红外成像系统的探测和识别距离,降低红外探测器成本,减小系统尺寸、质量和功耗等。本文介绍了国内外小像元红外探测器研制进展,重点介绍了中国电科十一所研制的10μm像元间距1024×1024规模小像元碲镉汞红外焦平面探测器组件。组件为n-on-p平面结构后截止波长5μm、有效像元率达到99%、量子效率达到60%。

集成式偏振红外焦平面探测器的制备

集成式偏振红外焦平面探测器是红外探测器应用的新的发展方向,国内近几年开展了相关的研究工作,本文围绕集成式长波320×256碲镉汞偏振红外焦平面探测器的研制,叙述了从技术路线选择到偏振结构的设计、制备等方面开展的工作及阶段测试结果,这些工作为后续的研制打下了良好的基础。

小像元红外探测器读出电路设计研究

介绍了基于SMIC0.18μm 3.3V工艺设计研究的第一款小像元红外探测器读出电路,间距10μm,规模1024×1024。文章详细介绍了像素输入级以及列级、输出级运放的设计,为提高线性摆伏,设计选用了低阈值NMOS管nmvt33,仿真分析证明低阈值管nmvt33的噪声性能优于普通管n33;版图设计对关键信号线和敏感点采取隔离处理措施,对像元间串扰进行了仿真分析,有效控制了信号串扰。电路经测试使用各项功能正常,最大电荷处理能力达到4.3Me^-,动态范围≥65dB,读出速率达到10MHz,性能指标满足设计要求。

红外探测器工艺用器皿清洗方法研究

红外探测器材料一般为窄带系材料,在其制备工艺过程中,杂质离子更容易导致缺陷能级或表面快态复合中心,需选取较优的器皿清洗方法,对工艺用器皿所含金属离子进行评测控制。本文通过电感耦合等离子体质谱仪对比碲镉汞红外探测器工艺线上不同的器皿及清洗方法,对清洗后金属离子残留测试分析,获得较佳的器皿清洗方法,更好地保证红外探测器制备后性能。

基于分子束外延的4 in硅基碲镉汞材料工艺研究

现阶段,大面阵碲镉汞红外焦平面探测器的需求持续增加,面向更大尺寸的碲镉汞材料制备技术成为了研究热点。对4 in硅基碲镉汞材料外延技术进行了研究。通过提升设备参数的稳定性、控制外延片的平整度以及优化材料工艺参数等一系列手段,突破了大尺寸硅基碲镉汞材料工艺的关键技术瓶颈,并制备出了高平整度、高均匀性、低缺陷率、高质量的4 in硅基碲镉汞材料。结果表明,该材料的双晶衍射半峰宽小于等于90 arcsec,表面宏观缺陷密度小于等于100 cm^(-2),表面平整度小于等于15μm。

碲镉汞p型接触孔湿法腐蚀工艺研究

针对碲镉汞芯片p型接触孔湿法腐蚀工艺进行研究,采用不同条件的湿法腐蚀工艺完成碲镉汞p型接触孔制备,通过扫描电子显微镜和激光扫描显微镜分析腐蚀后的接触孔表面形貌,电学接触性能通过伏安特性曲线表征。实验结果表明,传统湿法腐蚀工艺在碲镉汞芯片接触孔制备过程中存在钻蚀严重和均匀性不好等问题,针对以上问题提出了一种超声辅助湿法腐蚀工艺,制备出形貌及均匀性较好的p型接触孔。

锑化铟红外焦平面器件盲元分析方法

提出了一种锑化铟红外焦平面器件盲元分析方法。利用该方法,无需将器件背面减薄就能进行盲元测试与分析。基于这种封装方式,将器件倒置后,从芯片正面吸收光的照射,在互连、灌胶以及每一步磨抛工艺步骤后均可进行测试和分析。结果表明,该方法能够有效地分析和定位每步工序过程中产生的盲元情况,可解决现有技术手段中对红外焦平面器件因产生盲元导致像元失效而无法准确定位其出现在哪步工艺的问题。

二维材料光电探测器及光场增强的研究进展

随着现有社会的不断发展,对光电探测器的需求不断提高,但现有传统材料探测器的发展已进入瓶颈期,亟需新材料的出现,使光电探测器得到进一步的发展。石墨烯等新型二维材料相比于传统材料,具有可做成原子级尺寸、能带可调、具有柔韧性等突出优点。可满足当今社会对光电探测器性能,尺寸等方面更高需求。因此二维材料光电探测器被广泛研究,取得了丰硕的研究成果。然而二维材料光电探测器存在明显优势的同时,也存在着明显的不足之处。这将限制其在更多领域的应用,需要通过一些手段来一进步优化探测器的性能。本文着重介绍现有二维光电探测器的研究进展,并介绍采用光场增强的方式对探测器的性能进行提高,可对相关人员提供参考。

12.5μm碲镉汞长波红外探测器暗电流研究

随着红外探测器技术的发展,延长探测器的工作波长成为重要的发展方向之一。由于工作波长随x值的变化而带隙可调,碲镉汞材料得到了广泛应用。随着波长增长,暗电流成为限制红外探测器发展的主要因素。以12.5μm碲镉汞长波红外探测器为例,通过仿真研究了工作温度和固定电荷对其暗电流的影响,并对77 K和60 K下不同种类的暗电流进行了分析。该研究使我们对12.5μm探测器的暗电流具有更深入的了解,为提高12.5μm探测器的制备水平提供了方向。