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晶体集成式红外探测器的设计及制备工艺研究

杨绪军  
【摘要】:针对红外探测器在军事、医疗卫生、环境监测等领域越来越广泛的应用,本文提出了一种晶体集成式红外探测器的设计和制备工艺。晶体集成式红外探测器是非制冷型探器,具有以下特点:1)可以在室温下工作,而且制造成本低;2)对各个波长的红外辐射均有响应;3)在交变的红外辐射下就会有响应输出。本文以晶体集成式热释电红探测器为研究对象,从制备工艺上进行了研究,在此基础上,对制备完成的探测器进行了测试。 在制备工艺上,对探测器结构分析后,首先设计了制备探测器的工艺流程,然后对制备探测器的键合,研磨抛光和沉积薄膜电极关键工艺进行了详细的研究。针对键合工艺,我们对各种键合工艺适应的环境和优劣性进行了比较,并选择了中间层键合工艺,最后经过实验选择了RZJ-304胶作为中间层。针对研磨抛光工艺,我们选择了现在国内普遍应用的机械研磨工艺,在研磨设备,研磨盘,抛光垫,研磨液和抛光液等方面进行了理论和实验研究。针对沉积薄膜电极工艺,我们在分析了各种方法,结合实验验证后选择了磁控溅射的工艺。 在制备探测器的整个过程中,我们做了一系列保证性测试:利用测厚仪和原子力显微镜测试了磨减薄后晶片的厚度,表面粗糙度和研磨均匀性;利用扫描电镜测试了溅射薄膜电极的厚度,形貌和致密性;利用自己搭建的系统测试了探测器敏感单元介电常数和介电损耗;利用自己搭建的系统、前置放大电路和信号调理电路测试了探测器频率响应特性、不同敏感元厚度输出响应和不同敏感元面积输出响应。在此基础上,完成了整个工艺流片过程,成功的制备了晶体集成式红外探测器。 综上所述,本论文设计了新的加工工艺流程以及新的中间层键合工艺和研磨抛光工艺,完成了晶体集成式红外探测器的制备,并且搭建了探测器响应测试系统,测试结果显示所研制探测器输出信号响应明显,验证了整个器件设计的合理性。这些研究为今后红外探测器的加工工艺优化、应用、测试等提供了参考。


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