[实用新型]一种集成有增透膜的光伏型碲镉汞红外焦平面

说明书

技术领域

本专利涉及光电探测器技术，具体指一种集成有增透膜的光伏型碲镉汞红外焦平面。

背景技术

红外焦平面探测器模块是一种同时实现红外信息的获取和进行信息处理的成像传感器，在空间对地观测，导弹寻的和精确制导，工业和医用热成像，森林火情探测监视等军用和民用领域有重要而广泛的应用，高性能大规模的红外焦平面探测器模块已大量应用于各种重大国家安全项目和重要新型武器系统中。作为新一代红外成像系统中重要的组成部分，得到高性能、高温、高速工作以及更高空间分辨率的大规模碲镉汞红外焦平面探测器模块是红外技术发展的目标。

光伏型碲镉汞红外焦平面模块中探测器的像元量子效率是影响探测器性能的重要参数之一，像元量子效率是每一个入射到像元光照面上的光子所产生的信号电荷载流子数目，对于光伏型碲镉汞红外焦平面模块，其量子效率为器件的光学效率和器件的pn结电荷收集效率的乘积。器件的光学效率是与器件衬底表面的反射率密切相关的，反射率降低，则可以提高器件的光学效率，进一步提高器件的响应率。

国内外已有一些方法提出用于生长碲镉汞芯片的增透膜，但其都不适用于这里所说的光伏型碲镉汞红外焦平面模块中探测器的增透膜制备。这里所说的光伏型碲镉汞红外焦平面模块是由中波光伏型碲镉汞芯片，信号读出电路和电 极引出宝石片基底组成的复杂结构，带有芯片和信号读出电路的探测器通过一种聚氨酯改性环氧树脂固定在宝石片电极基板上，由于碲镉汞红外焦平面模块工作温度为80k，为了提高探测器在低温下工作的可靠性，探测器的衬底被减薄抛光至40～50微米。其结构示意图分别如图1(a)，(b)所示。探测器上电路与宝石基板之间的键压引线需保证其完好，以避免引线在生长及清洗过程中脱落而造成探测器失效。宝石基板上的电极引线须在增透膜生长过程中保护完好，以避免增透膜生长在电极上，造成绝缘而引起探测器失效。碲镉汞红外探测器芯片在温度高于70摄氏度时会造成器件性能退化，因此增透膜生长的温度须在低于70摄氏度的环境下生长。同时由于中波碲镉汞红外探测器储存在室温下，工作在80k的低温下，因此薄膜与探测器芯片的减薄抛光表面须有良好的黏附性和热膨胀系数的匹配，以保证器件在高低温温度变化过程中，薄膜在器件上附着完好。中波碲镉汞红外探测器的工作波段通常在3.5～5微米，因此必须保证增透膜在该特定波段范围内的具有良好的增透射效果。

发明内容

本专利的目的是提供一种集成了增透膜的光伏型碲镉汞红外焦平面，该器件在探测器衬底减薄抛光至40～50微米后直接在上面生长增透膜，在特定的工作波段3.5～5um具有良好的增透射特性。

本专利中中波光伏型碲镉汞红外焦平面模块包括中波碲镉汞芯片由增透膜1、碲镉汞芯片2、衬底3、碲镉汞芯片上的铟柱阵列4、信号读出电路的铟柱阵列5、键压引线7、信号读出电路8；聚氨酯改性环氧树脂9和宝石片引线基板11构成，其特征在于：所述的衬底3是抛光减薄的衬底，厚度为40～50微米；所述的增透膜1是直接镀制在衬底3上的ZnS薄膜。

本专利中中波光伏型碲镉汞红外焦平面模块包括中波碲镉汞芯片，信号读出电路和电极引出宝石片基底，带有芯片和信号读出电路的探测器通过一种聚氨酯改性环氧树脂固定在宝石片电极基板上，探测器衬底减薄抛光至40～50微米。其具体结构如图1所示。在衬底3上外延生长的碲镉汞薄膜采用半导体工艺获得带有铟柱阵列4的碲镉汞芯片2，减薄抛光后的衬底3表面生长有增透膜1，碲镉汞探测器与带有铟柱阵列5的信号读出电路8通过倒焊互联工艺连接在一起，读出电路8通过聚氨酯改性环氧树脂9固定在宝石片引线基板上，通过键压引线7完成信号引出。

本专利中的增透膜是通过磁控溅射制备方法在中波碲镉汞探测器的衬底上制备的ZnS薄膜材料，该薄膜材料通过光学耦合可以降低反射率，提高入射到碲镉汞芯片衬底表面的红外信号的透过率，从而提高探测器的量子效率。本专利中所述的增透膜制备方法具体步骤如下：

A.焦平面模块的清洗

将碲镉汞红外焦平面模块放入三氯乙烯中浸泡24小时，然后分别用三氯乙烯、乙醚、丙酮、酒精浸泡清洗。

B.焦平面模块的保护

在碲镉汞红外焦平面模块的电路压脚，键压引线和宝石片上的电极引脚覆盖一层光致抗蚀剂，保护电路压脚和宝石片上的电极引脚，放入65摄氏度的烘箱中进行烘干，露出碲镉汞红外焦平面模块中探测器经过减薄抛光后的衬底表面。

C.增透膜生长

①将保护完好的碲镉汞红外焦平面模块放入磁控溅射镀膜设备的溅射腔体，在碲镉汞红外焦平面模块减薄抛光后的衬底表面低温生长ZnS薄膜；