專利名稱：一種非制冷熱釋電線列焦平面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及ー種焦平面器件及其制造エ藝。具體涉及ー種非制冷熱釋電線列焦平面。
技術(shù)背景 非制冷紅外探測(cè)技術(shù)在工作中不需要制冷系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。熱釋電效應(yīng)是熱釋電材料所具有的自發(fā)極化會(huì)隨溫度變化而變化的現(xiàn)象，可以用于對(duì)紅外輻射的探測(cè)。熱釋電線列焦平面基于熱釋電效應(yīng)工作，屬于非制冷的熱敏探測(cè)器領(lǐng)域。和光子探測(cè)器相比，它具有可以在室溫下工作而不需要致冷系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕便、可靠性高、光譜響應(yīng)寬而平坦、價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，熱釋電線列焦平面相對(duì)于光子探測(cè)器響應(yīng)率和探測(cè)率低、響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)可以通過制造高密度的列陣來彌補(bǔ)。和熱電堆和熱電阻非制冷焦平面相比，熱釋電線列焦平面具有響應(yīng)速度快、信噪比高、エ藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。非制冷熱釋電焦平面是紅外熱像儀和光譜儀的核心器件，廣泛應(yīng)用于エ業(yè)、醫(yī)學(xué)和科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域。弛豫鐵電單晶Mn- a_x) Pb (Mgl73Nb273) O3-XPbTiO3 (Mn-PMNT)是ー種新型熱釋電材料，①具有較大的熱釋電系數(shù)(在室溫下P彡8. OX I(T4CAi2K) 具有較高的電流優(yōu)值和探測(cè)優(yōu)值，電流優(yōu)值和探測(cè)優(yōu)值具有低的溫度和頻率依賴特性，使得Mn-PMNT熱釋電焦平面具備寬的工作頻率和溫度范圍相對(duì)介電常數(shù)在300-8000范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)，有利于焦平面和放大電路的良好匹配具有較高的居里溫度(T。 120°C )，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定具有大的矯頑場(chǎng)，不易退極化；⑥熱擴(kuò)散系數(shù)比較低(D 4.4X10_7m2/s)，有利于獲得⑦厚度較小時(shí)(厚度彡60 u m), Mn-PMNT晶體在可見光范圍呈透明狀，利于光刻エ藝對(duì)準(zhǔn)曝光。Mn-PMNT具有綜合優(yōu)異的熱釋電性能，在非制冷線列焦平面方面有很大的應(yīng)用潛力。因此，研發(fā)基于Mn-PMNT的非制冷線列焦平面エ藝具有重要的實(shí)用意義。
發(fā)明內(nèi)容基于新型熱釋電材料弛豫鐵電單晶Mn-PMNT，本專利提供了 ー種線列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造線列焦平面。研發(fā)了基于新型熱釋電材料Mn-PMNT的線列焦平面的制造エ藝。線外焦平面自支撐懸空結(jié)構(gòu)可以提高焦平面和環(huán)境的隔熱性能，并利于器件的電耦合封裝，提高了成品率。本專利所提供的非制冷熱釋電線列焦平面由熱釋電線列襯底、自支撐的光敏區(qū)懸空結(jié)構(gòu)、相鄰光敏元之間的隔熱槽結(jié)構(gòu)、讀出電路、光敏芯片和讀出電路鍵合引線結(jié)構(gòu)。一種非制冷熱釋電線列焦平面，其特征在于焦平面的結(jié)構(gòu)自下而上依次為白寶石材料的熱釋電線列襯底10，粘結(jié)膠8，在熱釋電線列襯底左側(cè)三分之ー處是熱釋電光敏芯片支撐襯底9，通過粘結(jié)膠8和其上面的熱釋電光敏芯片I粘結(jié)在一起，熱釋電光敏芯片I左側(cè)懸空芯片寬度的二分之一，在熱釋電光敏芯片懸空處下表面淀積公共電極7，上表面淀積鉻鎳吸收層作為光敏元2，淀積鉻金金屬薄膜作為延伸電極3 ;在熱釋電線列襯底右側(cè)三分之一處是讀出電路芯片6，其上的讀出電路輸入端電極5通過鍵合弓丨線4與熱釋電光敏芯片的延伸電極3聯(lián)結(jié)耦合。所述的熱釋電光敏芯片I 采用 Mn-(l-x) Pb (Mgl73Nb273) O3-XPbTiO3 (Mn-PMNT)弛豫鐵電單晶；所述的光敏元2為鉻鎳合金薄膜；所述的延伸電極3為鉻金金屬薄膜；所述的鍵合引線4為硅鋁絲；所述的讀出電路輸入端電極6是鋁金屬薄膜；所述的公共電極7為鉻金金屬薄膜；所述的粘結(jié)膠8為環(huán)氧膠；所述的熱釋電光敏芯片支撐襯底9采用白寶石；所述的熱釋電線列襯底10為白寶石；本專利提供的非制冷線列焦平面，通過以下的エ藝過程來實(shí)現(xiàn)l)Mn-PMNT晶片的兩個(gè)表面分別標(biāo)記為A面和B面。清洗〈111〉方向極化的Mn-PMNT 晶片。2)將Mn-PMNT晶片的A面用蠟粘貼在基板上，對(duì)Mn-PMNT晶片B面進(jìn)行機(jī)械減薄和拋光。3)將Mn-PMNT晶片從基板上加熱熔蠟取下，清洗Mn-PMNT晶片。在室溫下用氫氟酸緩沖液腐蝕Mn-PMNT晶片B表面。4)清洗已腐蝕的Mn-PMNT晶片，在B面光刻圖形化。5)在Mn-PMNT晶片B面淀積鉻鎳金屬薄膜。浮膠清洗。6)在Mn-PMNT晶片B面光刻圖形化。7)在Mn-PMNT晶片B面淀積鉻金層，制備延伸電極。浮膠清洗。8)在Mn-PMNT晶片B面光刻圖形化。9)在Mn-PMNT晶片B面淀積鉻鎳合金薄膜吸收層。浮膠清洗。10)在Mn-PMNT晶片B面光刻圖形化，形成隔熱槽刻蝕掩模。11)在Mn-PMNT晶片B面采用氬離子刻蝕的方法形成光敏元之間的隔熱槽。12)將Mn-PMNT晶片從基板上加熱熔蠟取下，清先Mn-PMNT晶片，將B面先貼在白寶石襯底上，再將帶有白寶石襯底的Mn-PMNT晶片貼在基板上。采用機(jī)械研磨的方法對(duì)Mn-PMNT晶片的A面進(jìn)行減薄和拋光。13)清洗，在Mn-PMNT晶片A面光刻圖形化。14)在Mn-PMNT晶片A面制備鉻金層公共電極。15)將帶襯底的Mn-PMNT晶片從基板上熔蠟取下。劃片，清洗。16)采用環(huán)氧膠粘結(jié)熱釋電光敏芯片和熱釋電紅外光敏芯片襯底，形成自支撐的光敏區(qū)懸空結(jié)構(gòu)，在室溫下固化。17)將光敏芯片和讀出電路引線鍵合，封裝管殼。本專利結(jié)構(gòu)和エ藝的熱釋電線列焦平面有如下的優(yōu)點(diǎn)光敏芯片采用自支撐懸空結(jié)構(gòu)，可以有效減小光敏芯片和環(huán)境間的熱導(dǎo)，提聞響應(yīng)率和探測(cè)率；焦平面的制造エ藝簡(jiǎn)單穩(wěn)定，重復(fù)性好，成本低。采用鉻鎳合金薄膜吸收層，鉻鎳合金薄膜吸收層具有導(dǎo)熱性能優(yōu)良、比熱容小、光譜響應(yīng)寬而平坦、附著牢固和吸收率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)鉻鎳合金薄膜吸收層作為光敏芯片上電極；光敏元之間采用隔熱槽結(jié)構(gòu)，以減小光敏元之間的熱串?dāng)_。

圖1為本專利一種熱釋電非制冷線列焦平面結(jié)構(gòu)。圖2為相鄰光敏元間隔熱槽結(jié)構(gòu)。圖中，1.熱釋電光敏芯片；2.光敏元；3.延伸電極；4.鍵合引線；5.讀出電路輸入端電極；6.讀出電路芯片；7.公共電極；8.粘結(jié)膠；9.熱釋電光敏芯片支撐襯底；10.熱釋電線列襯底；11.隔熱槽。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對(duì)本專利做進(jìn)ー步詳細(xì)說明，但本專利的保護(hù)范圍并不限于下面的實(shí)施例。在基于Mn-PMNT材料的128 X I熱釋電線列焦平面，采用了本專利所提供的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和エ藝過程。制備128X I熱釋電線列紅外焦平面的Mn-PMNT材料在〈111〉方向預(yù)先已經(jīng)極化，初始晶片的厚度500 u m,最終制作為線列焦平面芯片厚度25 u m,采用濕法腐蝕去除晶片表面的缺陷和損傷。Mn-PMNT熱釋電光敏芯片I和熱釋電光敏芯片支撐襯底9構(gòu)成自支撐的光敏區(qū)懸空結(jié)構(gòu)，減小了光敏區(qū)和環(huán)境的熱導(dǎo)，為延伸電極3區(qū)提供足夠的引線鍵合機(jī)械支撐。光敏元2具有平坦寬波段吸收、附著牢固、比熱容小、易與線列光敏焦平面芯片エ藝兼容的優(yōu)點(diǎn)。如圖1所示。實(shí)現(xiàn)本專利的エ藝實(shí)施例如下
(一)在Mn-PMNT的上表面生長(zhǎng)鉻鎳合金薄膜吸收層和引線電極。DMn-PMNT晶片上下兩個(gè)表面分別標(biāo)記為A面和B面，整個(gè)エ藝過程中，溫度控制在低于65で。2)清洗厚度500iim〈lll>方向極化的Mn-PMNT晶片。3)將Mn-PMNT晶片的A面用蠟粘貼在基板上，對(duì)Mn-PMNT晶片B面進(jìn)行機(jī)械減薄和拋光至400 u m。4)將Mn-PMNT晶片從基板上加熱熔蠟取下，清洗Mn-PMNT晶片。在室溫下用氫氟酸緩沖液腐蝕Mn-PMNT晶片B表面。5)清洗已腐蝕的Mn-PMNT晶片，在B面光刻圖形化。6)在Mn-PMNT晶片B面淀積鉻鎳金屬薄膜。浮膠清洗。7)在Mn-PMNT晶片B面光刻圖形化。8)在Mn-PMNT晶片B面淀積鉻金層，制備延伸電極。浮膠清洗。9)在Mn-PMNT晶片B面光刻圖形化。10)在Mn-PMNT晶片B面淀積鉻鎳合金薄膜吸收層。浮膠清洗。(ニ)制備光敏元之間的隔熱槽11)在Mn-PMNT晶片B面光刻圖形化，形成隔熱槽刻蝕掩模。12)在Mn-PMNT晶片B面采用氬離子刻蝕的方法形成光敏元之間的隔熱槽。(三)減薄Mn-PMNT晶片13)將Mn-PMNT晶片從基板上加熱熔蠟取下，清先Mn-PMNT晶片，將B面先貼在白寶石襯底上，再將帶有白寶石襯底的Mn-PMNT晶片貼在基板上。采用機(jī)械研磨的方法對(duì)Mn-PMNT晶片的A面進(jìn)行減薄和拋光，厚度25 y m。(四)制備下電極14)清洗，在Mn-PMNT晶片A面光刻圖形化。15)在Mn-PMNT晶片A面制備鉻金層公共電極。16)將帶襯底的Mn-PMNT晶片從基板上熔蠟取下。劃片，清洗。(五)光敏芯片和讀出電路封裝17)采用環(huán)氧膠粘結(jié)熱釋電光敏芯片和熱釋電光敏芯片襯底，形成自支撐的光敏區(qū)懸空結(jié)構(gòu)，在室溫下固化。18)將光敏芯片和讀出電路引線鍵合，封裝管殼。
權(quán)利要求1.一種非制冷熱釋電線列焦平面，它包括熱釋電光敏芯片(1)、光敏元(2)、延伸電極(3)、鍵合引線(4)、讀出電路輸入端電極(5)、讀出電路芯片(6)、公共電極(7)、粘結(jié)膠(8)、 熱釋電光敏芯片支撐襯底(9)、熱釋電線列襯底(10)和隔熱槽(11)，其特征在于，焦平面結(jié)構(gòu)為自下而上依次為熱釋電線列襯底(10)和粘結(jié)膠(8);在熱釋電線列襯底左側(cè)三分之一處是熱釋電光敏芯片支撐襯底(9)，通過粘結(jié)膠(8)和其上面的熱釋電光敏芯片(1)粘結(jié)在一起，熱釋電光敏芯片(1)左側(cè)懸空芯片寬度的二分之一，在熱釋電光敏芯片懸空處下表面淀積公共電極(7)，上表面淀積鉻鎳吸收層作為光敏元(2)，淀積鉻金金屬薄膜作為延伸電極(3);在熱釋電線列襯底右側(cè)三分之一處是讀出電路芯片(6)，其上的讀出電路輸入端電極(5)通過鍵合引線(4)與熱釋電光敏芯片的延伸電極(3)聯(lián)結(jié)耦合；所述的熱釋電光敏芯片(1)采用Mn-(1-x) Pb (Mgl73Nb273) O3-XPbTiO3 (Mn-PMNT)弛豫鐵電單晶;所述的光敏元(2)為鉻鎳合金薄膜；所述的延伸電極(3)為鉻金金屬薄膜；所述的鍵合引線(4)為硅鋁絲；所述的讀出電路輸入端電極(6)是鋁金屬薄膜；所述的公共電極(7)為鉻金金屬薄膜；所述的粘結(jié)膠(8)為環(huán)氧膠；所述的熱釋電光敏芯片支撐襯底(9)采用白寶石；所述的熱釋電線列襯底(10)為白寶石。
專利摘要本專利公開了一種非制冷熱釋電線列焦平面，通過設(shè)計(jì)光敏元及電極的大小和結(jié)構(gòu)，將光敏芯片的延伸電極區(qū)和與光敏芯片大小匹配的襯底粘結(jié)在一起，使光敏元區(qū)處于懸空狀態(tài)。相鄰光敏元之間刻蝕形成隔熱槽，可以減小光敏元之間的熱導(dǎo)，降低串音。讀出電路根據(jù)熱釋電光敏芯片特性參數(shù)設(shè)計(jì)，采用電流積分形式的讀出放大電路，輸入級(jí)和熱釋電光敏芯片一一對(duì)應(yīng)。非制冷熱釋電線列焦平面采用混成式結(jié)構(gòu)，熱釋電光敏芯片和讀出電路通過引線鍵合工藝互聯(lián)耦合，采用金屬管殼封裝。非制冷熱釋電線列焦平面的制造工藝包括光敏芯片的減薄、損傷缺陷去除、電極成形、吸收層制備和引線鍵合等工藝技術(shù)。
文檔編號(hào)G01J5/10GK202885979SQ20122057166
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者馬學(xué)亮, 邵秀梅, 于月華, 李言謹(jǐn) 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所