橋形薄膜電極多元紅外探測器的製作方法
2023-04-23 06:07:01 1
專利名稱：橋形薄膜電極多元紅外探測器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光電探測技術中的一種多元探測器，特別是分子束外延(MBE)、液相外延(LPE)等碲鎘汞薄膜材料製備的多元紅外探測器的電極引出。
多元紅外探測器電極引出技術一直是探測器研製過程中的關鍵技術。通常採用金絲球焊、超聲鍵壓等方法引出電極，但上述技術的一個共同點都是在較大的超聲壓力或靜壓力下完成金絲、矽鋁絲與光敏元電極上的金屬層之間的鍵合，在鍵壓點由於接觸點小，所以電極區域必須承受很大的壓強。為防止局部壓力對光敏元P-N結電學性能的影響，發展了延伸電極，使壓點與光敏元有足夠的距離，而且須要足夠厚度的絕緣介質以抵抗壓力；同時介質膜必須無針孔，以避免P、N區之間短路。這樣對器件製作工藝增加了難度與複雜性。另外，由於延伸電極與襯底之間形成一平板電容，造成器件附加電容增加，對器件光電特性帶來寄生影響。
本實用新型的目的是提供一種實施方便，可靠性好，結構簡單的紅外探測器薄膜電極引出技術，避免電極引出過程對光敏元P-N結電學性能的破壞而導致光敏元光電性能的下降。
為實現本實用新型的上述目的，其技術方案如下多元紅外探測器包括襯底，與襯底牢固結合的外延薄膜材料P型層和N型層構成的P-N結，在N型層光敏元信號引出端和P型層公共端置上銦層，在外電路模塊的輸入端和公共端也置上銦層。然後用一有機薄膜，在其一表面鍍上金屬薄膜，光刻成條狀金屬薄膜引線，在條狀金屬薄膜引線的二端置上銦層，利用倒焊互聯技術，將其一端與N型層光敏元信號引出端和P型層公共端上的銦層一一對應相接，另一端與外電路模塊的輸入端和公共端上的銦層一一對應相接，成為一橋型薄膜電極，使光敏元信號與外電路模塊之間實現電學連接。為增強橋形薄膜電極觸點機械強度與薄膜引線抗震動能力，增強可靠性，在薄膜電極與基板之間用低溫環氧作為填料固定。所說的外電路模塊可根據多元紅外探測器不同的需要，或者是讀出電路，或者是過渡橋。
由於銦在室溫與低溫下具有良好的延展性與導電性，所以可以施加較小的壓力，使銦層之間具有良好的電接觸和機械連接，並在低溫下可以保持良好特性，從而達到引出電極的目的又適合於低溫工作；又由於倒焊技術在電極區是平面接觸，不會使局部壓力過大，可避免電極引出過程對光敏元P-N結電學性能的破壞而導致光敏元光電性能的下降。同時，在器件製備工藝中，免除了碲鎘汞器件工藝中困難的延伸電極製備工藝，以及避免了延伸電極寄生電容對器件光敏元性能的影響。由於薄膜電極的柔軟性，也可用於不同高度模塊之間的連接。
本實用新型有如下的優點1．電極的引出避免了超聲鍵壓等通常的技術手段所產生的壓力對光敏元電學性能的影響；2．器件製備工藝中無需延伸電極工藝；減小寄生電容對光敏元的不利影響；3．由於薄膜電極的柔軟性，可用於不同高度模塊之間的電學連接；4．實現碲鎘汞薄膜材料常規工藝多元紅外探測器正照射工作方式的電極引出。
以下結合附圖對本實用新型的實施方式作進一步的詳細說明
圖1為橋形薄膜電極多元紅外探測器結構示意圖；圖2為橋形薄膜電極多元紅外探測器結構剖面示意圖；圖3為橋形薄膜電極結構示意圖。
本實用新型採用砷化鎵為襯底1，與襯底1牢固結合的碲鎘汞外延薄膜材料P型層2和P型層上由離子注入形成的N型層3構成的P-N結4，在N型電極區置上銦層5,P型層公共端置上銦層6，在外電路模塊7的輸入端置上銦層8。見圖2。
橋形薄膜電極9結構見圖3，採用厚度為100～200微米的有機薄膜為薄膜電極基底10，用磁控濺射方法在上面鍍上金屬導電膜，金屬導電膜一般為金膜，然後光刻形成金屬條狀引線11；再次光刻，用超聲剝離方法在金屬條狀引線二端製備銦層12。最後根據多元器件元數的需要，用精密切割機把金屬薄膜電極分割。各銦層是採用99.99％純度的固體銦作為蒸發源蒸塗的，用於薄膜電極的電學連接。
薄膜電極9與器件電極區的連接方法將薄膜電極9一端銦層12與N型層3光敏元信號引出端5和P型層2公共端上的銦層6一一對應相接，另一端與外電路模塊7的輸入端銦層8一一對應相接，採用倒焊互聯方法實現各端點間的電學連接，倒焊過程須精確掌握施加壓強的大小，一般為5～8×107Nm-2。連接完成後在薄膜電極9和安裝基板14之間用填料15加固，一般紅外器件多為低溫狀態工作，所以必須用低溫環氧膠在室溫或50℃下固化作為加固填料，起到增強電極觸點機械強度與薄膜引線抗震動能力的作用。
本實用新型的橋形薄膜電極結構，已成功的應用於22×2元多元探測器與讀出電路模塊的連接。
權利要求1．一種橋型薄膜電極多元紅外探測器包括襯底(1)，與襯底(1)牢固結合的外延薄膜材料P型層(2)和N型層(3)構成的P-N結(4)和信號輸入模塊(7)，其特徵在於a．在N型層(3)光敏元信號引出端置有銦層(5)，P型層(2)公共端置有銦層(6)；在輸入模塊(7)的輸入端置有銦層(8)；b．橋形薄膜電極(9)的一端銦層(12)與銦層(5)，銦層(6)一一對應電學連接；橋形薄膜電極(9)的另一端銦層(13)與銦層(8)一一對應電學連接，橋形薄膜電極(9)和基板(14)之間置有填料；c．所說的橋形薄膜電極(9)是由有機薄膜襯底(10)上蒸塗金屬薄膜，光刻成條狀金屬薄膜引線(11)，在條狀金屬薄膜引線的二端置有銦層(12)組成。
2．根據權利要求1所說的一種橋型薄膜電極多元紅外探測器，其特徵在於所說的襯底(1)為半導體材料，如砷化鎵或碲鋅鎘。
3．根據權利要求1所說的一種橋型薄膜電極多元紅外探測器，其特徵在於所說的P-N結(4)為對紅外輻射敏感的碲鎘汞材料。
4．根據權利要求1所說的一種橋型薄膜電極多元紅外探測器，其特徵在於所說的信號輸入模塊(7)為讀出電路或過渡板。
5．根據權利要求1所說的一種橋型薄膜電極多元紅外探測器，其特徵在於所說的填料(15)為低溫環氧膠。
專利摘要本實用新型公開了一種橋形薄膜電極多元紅外探測器,包括襯底,與襯底牢固結合的碲鎘汞外延薄膜材料P型和N型構成的P—N結,在光敏元信號引出端置上銦層。另外,用一有機薄膜,在其一表面鍍上金屬薄膜,光刻成條狀金屬薄膜引線,作引出電極,利用倒焊互聯技術,使其與光敏元電學連接。本實用新型可用於碲鎘汞MBE、LPE等薄膜材料製備的多元紅外探測器的正照射工作方式的電極引出。其優點在於電極引出過程對探測器光敏元的影響小,寄生電容小,且無需特殊製備延伸電極。
文檔編號G01J1/42GK2441127SQ0021871
公開日2001年8月1日 申請日期2000年8月7日 優先權日2000年8月7日
發明者張勤耀 申請人:中國科學院上海技術物理研究所