1 华北光电技术研究所，北京 100015
2 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室，北京 100083
报道了长/长波双色二类超晶格红外焦平面探测器组件的研制。通过能带结构设计和分子束外延技术，获得了表面质量良好的长/长波双色超晶格外延材料。突破了长波超晶格低暗电流钝化、低损伤干法刻蚀等关键技术，制备出像元中心距30 μm的320×256长/长波双色InAs/GaSb超晶格焦平面探测器芯片。将芯片与双色读出电路互连，采用杜瓦封装，与制冷机耦合形成探测器组件。组件双波段50%后截止波长分别为7.7 μm（波段1）和10.0 μm（波段2）。波段1平均峰值探测率达到8.21×1010 cmW-1Hz1/2，NETD实现28.8 mK；波段2平均峰值探测率达到6.15×1010 cmW-1Hz1/2，NETD为37.8 mK，获得了清晰的成像效果，实现长/长波双色探测。
二类超晶格 长/长波 双色 焦平面阵列 type-II superlattice long-/long-wavelength dual-band focal plane array
中国电子科技集团有限公司第十一研究所, 北京 100015
为实现大尺寸锑化铟混成芯片的高质量、高成品率背减薄, 介绍了一种单点金刚石车削与磨抛相结合的背减薄工艺。该工艺采用单点金刚石车削技术实现锑化铟芯片大量厚度去除, 然后通过旋转磨削工艺进一步去除车削损伤, 最终实现了1280×1024元(25 m)大尺寸锑化铟混成芯片背减薄(材料表面的半峰宽值约为8.20～11.90 arcsec)。与传统磨削工艺相比, 该工艺对尺寸大、面型差的半导体芯片兼容性强, 解决了大尺寸芯片在传统磨削工艺中因面型带来的裂片率高、减薄厚度不均匀的问题。
锑化铟 单点金刚石车削 背减薄 InSb single-point diamond turning back-thinning
对InSb红外探测器钝化前清洗工艺进行了研究。在传统清洗方法的基础上增加专用清洗液进行清洗，以优化钝化前InSb材料的表面质量。飞行时间二次离子质谱仪(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry,TOF-SIMS)质谱检测表明，增加专用清洗液清洗工艺后，InSb材料表面的Si杂质浓度降低了约85%，主要有机物杂质浓度降幅约为30%~60%，表面整体杂质含量显著降低。经流片验证，增加专用清洗液进行钝化前表面清洗，I-V性能更优，InSb光伏芯片的长期可靠性显著提高。这说明钝化前InSb材料的表面质量对InSb红外探测器的性能和可靠性具有重要影响。本文提供的钝化前清洗优化方向具有一定的指导意义。
表面清洗 飞行时间二次离子质谱仪 可靠性 InSb InSb surface cleaning TOF-SIMS reliability
1 华北光电技术研究所，北京100015
2 空装驻北京地区第七军事代表室，北京100086
研究了InSb红外焦平面探测器的区域性过热盲元问题。通过故障分析以及有针对性的排查对比试验，排除了封装、胶水填充和划片等因素，并将故障定位在钝化工艺前。通过对钝化前的InSb材料片表面进行X射线光电子能谱测试，发现它含有Al和As等杂质元素，存在钝化前材料表面杂质含量较多的隐患。杂质元素在PN结的耗尽区形成杂质能级，加载电压后容易导致PN结漏电流较高，使I-V特性退化，从而形成过热盲元。通过缩短器具洗液的更换周期并且分隔使用多个生产线的器具，可以减少材料表面的杂质附着，使区域性过热盲元问题得到有效解决。
区域性过热盲元 红外探测器 regional overheating dead pixel InSb InSb infrared detector
InSb红外焦平面探测器在中波红外波段占据重要地位，但十字盲元问题严重降低了探测器的性能。通过聚焦离子束定位剥离手段，发现了十字盲元区域的铟凸点失效。进一步检测发现，铟凸点制备参数欠佳。通过改进铟凸点形状和增加高度，加强了焊接面的牢固度。此后发现极少InSb器件存在十字盲元问题。在80 ℃下对铟凸点改进后的InSb红外器件进行了14天烘烤。经测试，十字盲元数目保持不变，铟凸点的可靠性较好。改进铟凸点制备技术可有效解决十字盲元问题。互连失效是十字盲元问题的主要原因。以此类推，该方法可解决所有InSb红外器件的十字盲元问题。
十字盲元 失效分析 InSb红外探测器 cross-shaped dead pixel failure analysis InSb infrared detector
在长波红外波段,InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料具有比碲镉汞材料更优越的性能,因此得到了广泛研究。对InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器芯片的背面减薄技术开展了一系列试验。针对<100>GaSb单晶片进行了单点金刚石机床精密加工、机械化学抛光和化学抛光方法研究,并去除了加工损伤。InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外器件的流片结果表明,长波探测器组件获得了较好的红外成像图片,提高了InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器芯片的研制水平。
单点金刚石机床切削 表面形貌 机械化学抛光 长波红外探测器 InAs/GaSb InAs/GaSb single-point diamond turning(SPDT) surface morphology chemical mechanical polishing long-wave infrared detector
InSb红外焦平面探测器一直在中波波段占据重要地位。随着科技的发展, 迫切需要针对InSb单晶的精密加工方法。采用单点金刚石切削(Single Point Diamond Turning, SPDT)精密机床对InSb晶体进行减薄工艺开发。在机床加工工艺中, 可变参数有主轴转速、单次去除量和进给速度等。通过正交试验, 确定了单点金刚石切削InSb晶体的最佳工艺参数。对于切削后的InSb晶体, 结合双晶衍射测试, 其切削损伤低于3 m。InSb红外器件流片证实单点金刚石切削InSb晶体工艺能满足用户的使用要求, 获得较好的结果。
单点金刚石切削 精密加工 single point diamond turning (SPDT) precision machining InSb InSb
碲锌镉是一种性能优异的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料。随锌含量不同, 其禁带宽度可连续调节, 是用于制备红外探测器的碲镉汞材料的优良衬底。介绍了多种碲锌镉晶体的磨抛方法, 包括手工研磨、机械抛光、化学抛光和机械化学抛光。借助多种表征技术和改良手段, 碲锌镉晶体的表面加工取得了显著进步。
碲锌镉 磨抛 机械化学抛光 精密加工 cadmium zinc telluride lapping and polishing chemical mechanical polishing precision finishing
中国科学院半导体研究所 材料科学重点实验室, 北京100083
对不同条件下制备的锑化镓抛光晶片表面进行了TOF-SIMS测试比较。结果表明使用体积比为5∶1的HCl与CH3COOH的混合溶液清洗腐蚀(100)GaSb晶片表面, 可以有效地去除金属离子、含S离子和大部分有机物, 而使用 (NH4)2S/(NH4)2SO4混合溶液方法钝化表面,可以使表面大部分Ga和Sb元素硫化, 降低了表面态密度。分析比较了清洗和钝化工艺对晶片表面化学成分的影响。
锑化镓 表面氧化 钝化 GaSb TOF-SIMS TOF-SIMS surface oxidation passivation
中国科学院半导体研究所 材料科学重点实验室，北京100083
对相同条件下制备的不同晶向的锑化镓抛光晶片表面化学组分进行了XPS测试比较，结果表明（110）GaSb晶片表面的氧化程度最为严重，表面极为粗糙；有极性的（111）GaSb晶面由于Ga—Sb价键存在于衬底内部，反而氧化程度较低，表面较光滑。分析比较了GaSb晶面表面化学组分与形貌的关系。
锑化镓 表面氧化 表面形貌 GaSb XPS XPS surface oxidation surface morphology
