一種非製冷熱釋電線列焦平面的製作方法

2023-10-11 02:52:59

專利名稱：一種非製冷熱釋電線列焦平面的製作方法
技術領域：
本專利涉及ー種焦平面器件及其製造エ藝。具體涉及ー種非製冷熱釋電線列焦平面。
技術背景 非製冷紅外探測技術在工作中不需要製冷系統，具有廣泛的應用領域。熱釋電效應是熱釋電材料所具有的自發極化會隨溫度變化而變化的現象，可以用於對紅外輻射的探測。熱釋電線列焦平面基於熱釋電效應工作，屬於非製冷的熱敏探測器領域。和光子探測器相比，它具有可以在室溫下工作而不需要致冷系統、結構緊湊、重量輕便、可靠性高、光譜響應寬而平坦、價格低廉等諸多優點，熱釋電線列焦平面相對於光子探測器響應率和探測率低、響應速度慢的缺點可以通過製造高密度的列陣來彌補。和熱電堆和熱電阻非製冷焦平面相比，熱釋電線列焦平面具有響應速度快、信噪比高、エ藝簡單的優點。非製冷熱釋電焦平面是紅外熱像儀和光譜儀的核心器件，廣泛應用於エ業、醫學和科學研究等諸多領域。弛豫鐵電單晶Mn- a_x) Pb (Mgl73Nb273) O3-XPbTiO3 (Mn-PMNT)是ー種新型熱釋電材料，①具有較大的熱釋電係數(在室溫下P彡8. OX I(T4CAi2K) 具有較高的電流優值和探測優值，電流優值和探測優值具有低的溫度和頻率依賴特性，使得Mn-PMNT熱釋電焦平面具備寬的工作頻率和溫度範圍相對介電常數在300-8000範圍內可調節，有利於焦平面和放大電路的良好匹配具有較高的居裡溫度(T。 120°C )，物理化學性質穩定具有大的矯頑場，不易退極化；⑥熱擴散係數比較低(D 4.4X10_7m2/s)，有利於獲得⑦厚度較小時(厚度彡60 u m), Mn-PMNT晶體在可見光範圍呈透明狀，利於光刻エ藝對準曝光。Mn-PMNT具有綜合優異的熱釋電性能，在非製冷線列焦平面方面有很大的應用潛力。因此，研發基於Mn-PMNT的非製冷線列焦平面エ藝具有重要的實用意義。
發明內容基於新型熱釋電材料弛豫鐵電單晶Mn-PMNT，本專利提供了 ー種線列結構設計和製造線列焦平面。研發了基於新型熱釋電材料Mn-PMNT的線列焦平面的製造エ藝。線外焦平面自支撐懸空結構可以提高焦平面和環境的隔熱性能，並利於器件的電耦合封裝，提高了成品率。本專利所提供的非製冷熱釋電線列焦平面由熱釋電線列襯底、自支撐的光敏區懸空結構、相鄰光敏元之間的隔熱槽結構、讀出電路、光敏晶片和讀出電路鍵合引線結構。一種非製冷熱釋電線列焦平面，其特徵在於焦平面的結構自下而上依次為白寶石材料的熱釋電線列襯底10，粘結膠8，在熱釋電線列襯底左側三分之ー處是熱釋電光敏晶片支撐襯底9，通過粘結膠8和其上面的熱釋電光敏晶片I粘結在一起，熱釋電光敏晶片I左側懸空晶片寬度的二分之一，在熱釋電光敏晶片懸空處下表面澱積公共電極7，上表面澱積鉻鎳吸收層作為光敏元2，澱積鉻金金屬薄膜作為延伸電極3 ;在熱釋電線列襯底右側三分之一處是讀出電路晶片6，其上的讀出電路輸入端電極5通過鍵合弓丨線4與熱釋電光敏晶片的延伸電極3聯結耦合。所述的熱釋電光敏晶片I 採用 Mn-(l-x) Pb (Mgl73Nb273) O3-XPbTiO3 (Mn-PMNT)弛豫鐵電單晶；所述的光敏元2為鉻鎳合金薄膜；所述的延伸電極3為鉻金金屬薄膜；所述的鍵合引線4為矽鋁絲；所述的讀出電路輸入端電極6是鋁金屬薄膜；所述的公共電極7為鉻金金屬薄膜；所述的粘結膠8為環氧膠；所述的熱釋電光敏晶片支撐襯底9採用白寶石；所述的熱釋電線列襯底10為白寶石；本專利提供的非製冷線列焦平面，通過以下的エ藝過程來實現l)Mn-PMNT晶片的兩個表面分別標記為A面和B面。清洗〈111〉方向極化的Mn-PMNT 晶片。2)將Mn-PMNT晶片的A面用蠟粘貼在基板上，對Mn-PMNT晶片B面進行機械減薄和拋光。3)將Mn-PMNT晶片從基板上加熱熔蠟取下，清洗Mn-PMNT晶片。在室溫下用氫氟酸緩衝液腐蝕Mn-PMNT晶片B表面。4)清洗已腐蝕的Mn-PMNT晶片，在B面光刻圖形化。5)在Mn-PMNT晶片B面澱積鉻鎳金屬薄膜。浮膠清洗。6)在Mn-PMNT晶片B面光刻圖形化。7)在Mn-PMNT晶片B面澱積鉻金層，製備延伸電極。浮膠清洗。8)在Mn-PMNT晶片B面光刻圖形化。9)在Mn-PMNT晶片B面澱積鉻鎳合金薄膜吸收層。浮膠清洗。10)在Mn-PMNT晶片B面光刻圖形化，形成隔熱槽刻蝕掩模。11)在Mn-PMNT晶片B面採用氬離子刻蝕的方法形成光敏元之間的隔熱槽。12)將Mn-PMNT晶片從基板上加熱熔蠟取下，清先Mn-PMNT晶片，將B面先貼在白寶石襯底上，再將帶有白寶石襯底的Mn-PMNT晶片貼在基板上。採用機械研磨的方法對Mn-PMNT晶片的A面進行減薄和拋光。13)清洗，在Mn-PMNT晶片A面光刻圖形化。14)在Mn-PMNT晶片A面製備鉻金層公共電極。15)將帶襯底的Mn-PMNT晶片從基板上熔蠟取下。劃片，清洗。16)採用環氧膠粘結熱釋電光敏晶片和熱釋電紅外光敏晶片襯底，形成自支撐的光敏區懸空結構，在室溫下固化。17)將光敏晶片和讀出電路引線鍵合，封裝管殼。本專利結構和エ藝的熱釋電線列焦平面有如下的優點光敏晶片採用自支撐懸空結構，可以有效減小光敏晶片和環境間的熱導，提聞響應率和探測率；焦平面的製造エ藝簡單穩定，重複性好，成本低。採用鉻鎳合金薄膜吸收層，鉻鎳合金薄膜吸收層具有導熱性能優良、比熱容小、光譜響應寬而平坦、附著牢固和吸收率高的優點，同時鉻鎳合金薄膜吸收層作為光敏晶片上電極；光敏元之間採用隔熱槽結構，以減小光敏元之間的熱串擾。

圖1為本專利一種熱釋電非製冷線列焦平面結構。圖2為相鄰光敏元間隔熱槽結構。圖中，1.熱釋電光敏晶片；2.光敏元；3.延伸電極；4.鍵合引線；5.讀出電路輸入端電極；6.讀出電路晶片；7.公共電極；8.粘結膠；9.熱釋電光敏晶片支撐襯底；10.熱釋電線列襯底；11.隔熱槽。
具體實施方式
以下結合附圖，通過實施例對本專利做進ー步詳細說明，但本專利的保護範圍並不限於下面的實施例。在基於Mn-PMNT材料的128 X I熱釋電線列焦平面，採用了本專利所提供的結構設計和エ藝過程。製備128X I熱釋電線列紅外焦平面的Mn-PMNT材料在〈111〉方向預先已經極化，初始晶片的厚度500 u m,最終製作為線列焦平面晶片厚度25 u m,採用溼法腐蝕去除晶片表面的缺陷和損傷。Mn-PMNT熱釋電光敏晶片I和熱釋電光敏晶片支撐襯底9構成自支撐的光敏區懸空結構，減小了光敏區和環境的熱導，為延伸電極3區提供足夠的引線鍵合機械支撐。光敏元2具有平坦寬波段吸收、附著牢固、比熱容小、易與線列光敏焦平面晶片エ藝兼容的優點。如圖1所示。實現本專利的エ藝實施例如下
(一)在Mn-PMNT的上表面生長鉻鎳合金薄膜吸收層和引線電極。DMn-PMNT晶片上下兩個表面分別標記為A面和B面，整個エ藝過程中，溫度控制在低於65で。2)清洗厚度500iim〈lll>方向極化的Mn-PMNT晶片。3)將Mn-PMNT晶片的A面用蠟粘貼在基板上，對Mn-PMNT晶片B面進行機械減薄和拋光至400 u m。4)將Mn-PMNT晶片從基板上加熱熔蠟取下，清洗Mn-PMNT晶片。在室溫下用氫氟酸緩衝液腐蝕Mn-PMNT晶片B表面。5)清洗已腐蝕的Mn-PMNT晶片，在B面光刻圖形化。6)在Mn-PMNT晶片B面澱積鉻鎳金屬薄膜。浮膠清洗。7)在Mn-PMNT晶片B面光刻圖形化。8)在Mn-PMNT晶片B面澱積鉻金層，製備延伸電極。浮膠清洗。9)在Mn-PMNT晶片B面光刻圖形化。10)在Mn-PMNT晶片B面澱積鉻鎳合金薄膜吸收層。浮膠清洗。(ニ)製備光敏元之間的隔熱槽11)在Mn-PMNT晶片B面光刻圖形化，形成隔熱槽刻蝕掩模。12)在Mn-PMNT晶片B面採用氬離子刻蝕的方法形成光敏元之間的隔熱槽。(三)減薄Mn-PMNT晶片13)將Mn-PMNT晶片從基板上加熱熔蠟取下，清先Mn-PMNT晶片，將B面先貼在白寶石襯底上，再將帶有白寶石襯底的Mn-PMNT晶片貼在基板上。採用機械研磨的方法對Mn-PMNT晶片的A面進行減薄和拋光，厚度25 y m。(四)製備下電極14)清洗，在Mn-PMNT晶片A面光刻圖形化。15)在Mn-PMNT晶片A面製備鉻金層公共電極。16)將帶襯底的Mn-PMNT晶片從基板上熔蠟取下。劃片，清洗。(五)光敏晶片和讀出電路封裝17)採用環氧膠粘結熱釋電光敏晶片和熱釋電光敏晶片襯底，形成自支撐的光敏區懸空結構，在室溫下固化。18)將光敏晶片和讀出電路引線鍵合，封裝管殼。
權利要求1.一種非製冷熱釋電線列焦平面，它包括熱釋電光敏晶片(1)、光敏元(2)、延伸電極(3)、鍵合引線(4)、讀出電路輸入端電極(5)、讀出電路晶片(6)、公共電極(7)、粘結膠(8)、 熱釋電光敏晶片支撐襯底(9)、熱釋電線列襯底(10)和隔熱槽(11)，其特徵在於，焦平面結構為自下而上依次為熱釋電線列襯底(10)和粘結膠(8);在熱釋電線列襯底左側三分之一處是熱釋電光敏晶片支撐襯底(9)，通過粘結膠(8)和其上面的熱釋電光敏晶片(1)粘結在一起，熱釋電光敏晶片(1)左側懸空晶片寬度的二分之一，在熱釋電光敏晶片懸空處下表面澱積公共電極(7)，上表面澱積鉻鎳吸收層作為光敏元(2)，澱積鉻金金屬薄膜作為延伸電極(3);在熱釋電線列襯底右側三分之一處是讀出電路晶片(6)，其上的讀出電路輸入端電極(5)通過鍵合引線(4)與熱釋電光敏晶片的延伸電極(3)聯結耦合；所述的熱釋電光敏晶片(1)採用Mn-(1-x) Pb (Mgl73Nb273) O3-XPbTiO3 (Mn-PMNT)弛豫鐵電單晶;所述的光敏元(2)為鉻鎳合金薄膜；所述的延伸電極(3)為鉻金金屬薄膜；所述的鍵合引線(4)為矽鋁絲；所述的讀出電路輸入端電極(6)是鋁金屬薄膜；所述的公共電極(7)為鉻金金屬薄膜；所述的粘結膠(8)為環氧膠；所述的熱釋電光敏晶片支撐襯底(9)採用白寶石；所述的熱釋電線列襯底(10)為白寶石。
專利摘要本專利公開了一種非製冷熱釋電線列焦平面，通過設計光敏元及電極的大小和結構，將光敏晶片的延伸電極區和與光敏晶片大小匹配的襯底粘結在一起，使光敏元區處於懸空狀態。相鄰光敏元之間刻蝕形成隔熱槽，可以減小光敏元之間的熱導，降低串音。讀出電路根據熱釋電光敏晶片特性參數設計，採用電流積分形式的讀出放大電路，輸入級和熱釋電光敏晶片一一對應。非製冷熱釋電線列焦平面採用混成式結構，熱釋電光敏晶片和讀出電路通過引線鍵合工藝互聯耦合，採用金屬管殼封裝。非製冷熱釋電線列焦平面的製造工藝包括光敏晶片的減薄、損傷缺陷去除、電極成形、吸收層製備和引線鍵合等工藝技術。
文檔編號G01J5/10GK202885979SQ20122057166
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月1日 優先權日2012年11月1日
發明者馬學亮, 邵秀梅, 於月華, 李言謹 申請人:中國科學院上海技術物理研究所