[实用新型]桥形薄膜电极多元红外探测器

说明书

本实用新型涉及光电探测技术中的一种多元探测器，特别是分子束外延(MBE)、液相外延(LPE)等碲镉汞薄膜材料制备的多元红外探测器的电极引出。

多元红外探测器电极引出技术一直是探测器研制过程中的关键技术。通常采用金丝球焊、超声键压等方法引出电极，但上述技术的一个共同点都是在较大的超声压力或静压力下完成金丝、硅铝丝与光敏元电极上的金属层之间的键合，在键压点由于接触点小，所以电极区域必须承受很大的压强。为防止局部压力对光敏元P-N结电学性能的影响，发展了延伸电极，使压点与光敏元有足够的距离，而且须要足够厚度的绝缘介质以抵抗压力；同时介质膜必须无针孔，以避免P、N区之间短路。这样对器件制作工艺增加了难度与复杂性。另外，由于延伸电极与衬底之间形成一平板电容，造成器件附加电容增加，对器件光电特性带来寄生影响。

本实用新型的目的是提供一种实施方便，可靠性好，结构简单的红外探测器薄膜电极引出技术，避免电极引出过程对光敏元P-N结电学性能的破坏而导致光敏元光电性能的下降。

为实现本实用新型的上述目的，其技术方案如下：

多元红外探测器包括衬底，与衬底牢固结合的外延薄膜材料P型层和N型层构成的P-N结，在N型层光敏元信号引出端和P型层公共端置上铟层，在外电路模块的输入端和公共端也置上铟层。然后用一有机薄膜，在其一表面镀上金属薄膜，光刻成条状金属薄膜引线，在条状金属薄膜引线的二端置上铟层，利用倒焊互联技术，将其一端与N型层光敏元信号引出端和P型层公共端上的铟层一一对应相接，另一端与外电路模块的输入端和公共端上的铟层一一对应相接，成为一桥型薄膜电极，使光敏元信号与外电路模块之间实现电学连接。为增强桥形薄膜电极触点机械强度与薄膜引线抗震动能力，增强可靠性，在薄膜电极与基板之间用低温环氧作为填料固定。所说的外电路模块可根据多元红外探测器不同的需要，或者是读出电路，或者是过渡桥。

由于铟在室温与低温下具有良好的延展性与导电性，所以可以施加较小的压力，使铟层之间具有良好的电接触和机械连接，并在低温下可以保持良好特性，从而达到引出电极的目的又适合于低温工作；又由于倒焊技术在电极区是平面接触，不会使局部压力过大，可避免电极引出过程对光敏元P-N结电学性能的破坏而导致光敏元光电性能的下降。同时，在器件制备工艺中，免除了碲镉汞器件工艺中困难的延伸电极制备工艺，以及避免了延伸电极寄生电容对器件光敏元性能的影响。由于薄膜电极的柔软性，也可用于不同高度模块之间的连接。

本实用新型有如下的优点：

1．电极的引出避免了超声键压等通常的技术手段所产生的压力对光敏元电学性能的影响；

2．器件制备工艺中无需延伸电极工艺；减小寄生电容对光敏元的不利影响；

3．由于薄膜电极的柔软性，可用于不同高度模块之间的电学连接；

4．实现碲镉汞薄膜材料常规工艺多元红外探测器正照射工作方式的电极引出。

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步的详细说明：

图1为桥形薄膜电极多元红外探测器结构示意图；

图2为桥形薄膜电极多元红外探测器结构剖面示意图；

图3为桥形薄膜电极结构示意图。

本实用新型采用砷化镓为衬底1，与衬底1牢固结合的碲镉汞外延薄膜材料P型层2和P型层上由离子注入形成的N型层3构成的P-N结4，在N型电极区置上铟层5,P型层公共端置上铟层6，在外电路模块7的输入端置上铟层8。见图2。

桥形薄膜电极9结构见图3，采用厚度为100～200微米的有机薄膜为薄膜电极基底10，用磁控溅射方法在上面镀上金属导电膜，金属导电膜一般为金膜，然后光刻形成金属条状引线11；再次光刻，用超声剥离方法在金属条状引线二端制备铟层12。最后根据多元器件元数的需要，用精密切割机把金属薄膜电极分割。各铟层是采用99.99％纯度的固体铟作为蒸发源蒸涂的，用于薄膜电极的电学连接。

薄膜电极9与器件电极区的连接方法：将薄膜电极9一端铟层12与N型层3光敏元信号引出端5和P型层2公共端上的铟层6一一对应相接，另一端与外电路模块7的输入端铟层8一一对应相接，采用倒焊互联方法实现各端点间的电学连接，倒焊过程须精确掌握施加压强的大小，一般为5～8×10⁷Nm^-2。连接完成后在薄膜电极9和安装基板14之间用填料15加固，一般红外器件多为低温状态工作，所以必须用低温环氧胶在室温或50℃下固化作为加固填料，起到增强电极触点机械强度与薄膜引线抗震动能力的作用。

本实用新型的桥形薄膜电极结构，已成功的应用于22×2元多元探测器与读出电路模块的连接。