碲鎘汞紅外焦平面探測器的無損成形技術(shù)研究
本文選題:碲鎘汞(HgCdTe) 切入點:微臺面成形 出處:《中國科學院大學(中國科學院上海技術(shù)物理研究所)》2017年博士論文
【摘要】:碲鎘汞(HgCdTe,MCT)雙色器件是第三代紅外焦平面探測器的典型代表。無損或者低損的微臺面芯片陣列刻蝕是制備高性能雙色器件的關(guān)鍵技術(shù)。本文研究了碲鎘汞低溫刻蝕相關(guān)的掩膜圖形制備、工藝參數(shù)優(yōu)化、刻蝕損傷表征與修復,進行了30μm中心距、完全同步的320′256中波/長波雙色紅外焦平面探測器的研制與測試。其主要內(nèi)容如下:1.獲得了高深寬比、高選擇比和終點自動控制的低溫刻蝕掩膜制備方法。分析了SiO_2作為低溫刻蝕掩膜,以及采用干法刻蝕形成SiO_2掩模圖形的必要性。采用CHF3/Ar刻蝕氣體、ICP刻蝕技術(shù),獲得了側(cè)壁陡直、底面平整的SiO_2刻蝕圖形。基于SiO_2和ZnS差異較大的干法刻蝕選擇比,獲得了終點自動控制的SiO_2/ZnS復合掩膜技術(shù)。實驗發(fā)現(xiàn)HgCdTe的側(cè)壁傾斜度與SiO_2掩膜在刻蝕過程中的退縮密切相關(guān),主要受制于HgCdTe干法刻蝕的物理作用偏強。2.完成了HgCdTe低溫電感耦合等離子體(Inductively coupled plasma,ICP)刻蝕的工藝優(yōu)化。針對HgCdTe微臺面芯片成形的技術(shù)要求,分析了選用干法刻蝕、低溫刻蝕的必要性;诔乜涛g與低溫刻蝕造成的HgCdTe形貌差異,進行了HgCdTe低溫刻蝕工藝參數(shù)的優(yōu)化。掃描電子顯微鏡(SEM)形貌表明側(cè)壁平整、光滑,刻蝕底面無殘留,原子力顯微鏡(AFM)測試分析表明刻蝕區(qū)域的均方根粗糙度(Rq)為1.77nm,3英寸范圍內(nèi)的刻蝕非均勻性小于±4%,刻蝕深寬比可達1.7。3.完成了低溫刻蝕損傷評估以及損傷熱處理修復研究。研究了刻蝕工藝參數(shù)與刻蝕誘導損傷的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)在低溫下刻蝕損傷非常小,超出了剝層HALL的能力。通過階梯腐蝕與激光束誘導電流(LBIC)的方法,測得-150℃刻蝕導致的電學反型厚度小于20nm?涛g反型與溫度的強相關(guān)性說明了擴散是反型的主導因素。建立了刻蝕反型的Hg填隙擴散模型,擬合得到了刻蝕反型的擴散系數(shù)遷移能為63meV。獲得了修復損傷的熱處理方法,工藝穩(wěn)定性、重復性較好。通過量化遷移率譜分析(QMSA)表明低溫刻蝕產(chǎn)生的n型載流子在150℃退火過程中逐漸減少、消失。完成了損傷修復的擴散模型分析,提出了Hg填隙擴散以及Hg空位生成共同作用的兩段式退火過程。4.完成了低溫刻蝕驗證芯片以及30μm中心距中波/長波雙色探測器的制備,驗證了低溫刻蝕和高溫熱處理技術(shù)的可行性。結(jié)果表明:將反型修復為p型并制得正常器件,需要較高溫度的熱處理。最終的低溫刻蝕、損傷修復技術(shù)獲得的中波驗證芯片R0A能夠達到約5.5×106(Ω?cm2),與常規(guī)腐蝕的器件性能相當,其光譜特性也顯示出正常的中波響應。制備了30μm中心距、完全同步的320′256中波/長波雙色紅外焦平面探測器,兩個波段的RV特性以及光譜響應正常,驗證了低溫刻蝕以及退火去損傷工藝制備中長波雙色探測器的可行性。針對雙色器件制備技術(shù)存在的問題,進行了光刻、鈍化開孔、金屬化、In柱互聯(lián)等工藝的優(yōu)化。
[Abstract]:In this paper , a method for preparing high - performance dual - color infrared focal plane detector is studied by using CHF3 / Ar etching gas and ICP etching technology . The results show that the etching damage is very small at low temperature . The etching depth - width ratio is less than 鹵 4 % . The etching depth - width ratio is 1.7 . 3 . The etching - back type Hg interstitial diffusion model is obtained . Optimization of processes such as passivation opening , metallization , In - pillar interconnection , etc .
【學位授予單位】:中國科學院大學(中國科學院上海技術(shù)物理研究所)
【學位級別】:博士
【學位授予年份】:2017
【分類號】:TN215
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,本文編號:1678600
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