集成HgCdTe双色探测芯片技术研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 叶振华 |
| 答辩日期 | 2005-03-30 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 何力 |
| 关键词 | Hgcdte 双色探测器 能带结构 干法刻蚀 刻蚀损伤 倒装芯片回流焊 响应光谱 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 纵向集成的HgCdTe红外双色焦平面探测器是第三代红外焦平面探测器的发展方向。本文就集成HgCdTe红外双色探测芯片技术的几个关键问题在国内首次开展了研究，其主要内容如下：进行了HgCdTe双色多层异质结能带结构的理想计算。采用有限差分和循环迭代，来求解HgCdTe多层异质材料的一维Poisson方程。计算中考虑了载流子简并、导带非抛物线性以及组分结价带失配的影响。通过计算两个背靠背的p-on-n光电二极管和组分壁垒（compositional barrier）p-P-P同型异质结的能带结构，获得了双色n-p-P-P-N型多层异质外延材料的理想能带结构，并提取了材料生长的优化设计参数。研究了HgCdTe微台面焦平面列阵芯片的干法成形技术。采用ICP（inductively coupled plasma）增强型RIE（reactive ion etching）设备，以及SEM（Scanning Electron Microscopy）和台阶仪（surface profilometry）等测试手段，研究了不同工艺气体及配比、ICP功率、射频（RF，Radio Frequency）功率和工作压力等刻蚀工艺参数，对刻蚀技术的影响。得到了ICP功率、RF功率、工作压力与状态参量直流偏压（DC Bias）之间的相互关系；解决了刻蚀的选择比问题；研究了刻蚀的非线性问题；认识了刻蚀与聚合物（Polymer）沉积、物理刻蚀与化学刻蚀的动态平衡问题；采用LBIC（Laser Beam Induced Current）和微分霍耳（Hall）测试，获得了刻蚀损伤诱导反型层的横向、纵向分布。并进一步获得了优化的ICP-RIE工艺参数。研究了HgCdTe探测器列阵与读出电路（ROIC）之间的倒装芯片回流焊接（flip-chip reflow soldering）技术。论证了焦平面探测器单边In球倒装回流提拉焊接的技术方案。采用蚁酸作为还原剂，在In（indium）的熔点，实现了无需助熔剂的In球列阵制备。解决了探测器芯片列阵和ROIC的回流焊接对准难题。采用剪切推力测试、In焊点焊接电阻测试、焊接后样品间距测试，以及破坏性实验的样品SEM形貌分析和剖面分析等实验手段，研究了SRA（Solder Reflow Arm）温度、卡盘（Chuck）温度、磨蹭幅度（Scrubbing index）以及Z0、Z1、Z2等工艺参数，对单边In球回流提拉焊接技术的影响。并初步建立了In焊点形状基本可控且高度均匀、In焊接电阻小而均匀、较强机械强度的单边In球回流提拉焊接工艺。进行了集成HgCdTe红外双色探测芯片的初步研究。由MBE（Molecular Beam Epitaxy）原位生长的p-P-N型Hg1-xCdxTe多层异质材料，经B+注入、微台面列阵的成形、侧向钝化、爬坡金属化及倒装芯片焊接等工艺，成功研制了我国第一个原理型HgCdTe红外双色探测芯片。在液氮温度下，测得两个波段的电学性能和光谱特性。并针对SW（Short Wavelength）响应光谱窄的现象，展开了一系列的光谱特性和结构特性研究，找到了SW响应光谱窄的起因，为进一步提高双色型探测芯片性能提供了思路。 |
| 学科主题 | 红外探测材料与器件 |
| 公开日期 | 2012-07-11 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4460]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 叶振华. 集成HgCdTe双色探测芯片技术研究[D]. 中国科学院研究生院. 2005. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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