李春领，刘海龙

(华北光电技术研究所，北京100015)

1 前言

随着红外焦平面器件在军事上的应用逐渐受到重视［1］，焦平面器件得到了快速的发展［2］。在器件性能提高的同时，工程应用对器件的可靠性提出了更高的要求。中长波的光伏型红外探测器必须在低温条件下工作，而器件却是在室温下组装的，当降至低温时，组成器件的不同材料由于热膨胀系数的不同而产生不同程度的收缩，从而在器件内部产生热应力。当应力大小超过材料断裂强度时，就会对器件产生破坏，导致器件失效。国外主要几家从事碲镉汞红外焦平面器件的机构都在研究解决这一问题的办法，有的将碲镉汞薄膜生长在硅衬底上［3］，将问题转化为碲镉汞材料制备过程;有的采用衬底减薄的办法［4］，对减薄工艺提出了很高的要求;还有的采用其他技术途径解决这一问题［5－7］。本文采用对底部填充的碲镉汞焦平面器件衬底减薄的方法，通过机械抛光和机械化学抛光进行碲锌镉衬底背面减薄，最后采用专用腐蚀液A腐蚀的方法将碲锌镉衬底全部腐蚀去除，碲镉汞全部露出;减薄后的MW1280×1024器件经受高低温循环冲击的可靠性显著提高，取得了良好的应用效果。

2 试验

将互连后的碲镉汞焦平面器件粘附在玻璃基板上，保护好焊盘，非接触厚仪测定器件碲锌镉衬底厚度;利用抛光设备对器件衬底进行机械抛光和机械化学抛光，去除碲锌镉衬底。器件分别留有5 μm碲锌镉衬底、机械化学抛光完全将碲锌镉衬底去除和专用腐蚀液腐蚀A完全去除碲锌镉衬底，观察器件表面，测试器件性能。

3 结果与讨论

3.1 剩余一定厚度碲锌镉衬底的器件性能

图1为碲锌镉衬底为5 μm的MW 1280×1024碲镉汞焦平面器件表面和测试盲元图。由图可以看出，MW1280×1024器件在碲锌镉衬底厚度为5 μm时器件经过液氮冲击测试后，器件表面发生裂片。前期碲锌镉衬底减薄试验过程中，将碲锌镉衬底厚度分别留为 400 μm、200 μm 及 50 μm，器件进行测试时均发生碲镉汞芯片裂片现象。这是由于碲镉汞和碲锌镉材料与Si材料之间的热膨胀系数差异较大，在高低温冲击过程受到热失配产生的应力作用，碲镉汞材料与硅材料相比，碲镉汞材料的强度较低［8］，所以造成芯片开裂。所以为提高碲镉汞焦平面器件经受高低温循环冲击的可靠性，需要将碲锌镉衬底全部去除。

图1 MW1280×1024器件表面及盲元分布图(碲锌镉厚度为5 μm)

3.2 机械化学抛光完全去除碲锌镉衬底

由于碲锌镉衬底的存在使器件在测试过程中受到高低温冲击时造成器件开裂，所以需要将衬底全部去除。通常去除衬底的方法为机械抛光和机械化学抛光以及化学腐蚀，机械化学抛光和化学腐蚀可以获得无损伤的表面。图2为机械化学抛光去除碲锌镉衬底时碲镉汞器件表面。由图2可以看出，机械化学抛光作为最后一个工艺步骤完全去除碲锌镉衬底时容易造成部分衬底已完全去除，碲镉汞露出，可以看到光敏元阵列。如果继续抛光将碲锌镉衬底全部去除，就会对已露出的碲镉汞表面造成损害，在测试时就会表现为盲元。所以，机械化学抛光不能作为完全去除碲锌镉衬底减薄工艺中最后一步。

图2 机械化学抛光去除碲锌镉衬底时碲镉汞器件表面

3.3 化学腐蚀去除碲锌镉衬底

为防止碲锌镉衬底完全去除时碲镉汞不能同时露出而造成器件盲元增加的现象，在衬底减薄过程中采用先机械化学去除碲锌镉衬底厚度，再利用机械化学抛光获得无损伤的碲锌镉衬底表面，剩余10 μm左右的碲锌镉衬底，最后利用专用腐蚀液完全去除碲锌镉衬底。图3是利用专用腐蚀A液完全去除碲锌镉衬底的器件表面。由图3可以看出，利用专用腐蚀液可以完全将碲锌镉衬底完全去除，碲镉汞全部露出，表面光洁，可以看到光敏元阵列。图4为减薄后MW1280×1024碲镉汞焦平面器件测试盲元图。由图4可以看出，减薄后的焦平面器件经过3350次高低温冲击，盲元数和分布没有变化，说明器件经受高低温循环冲击的可靠性显著提高。

图3 专用腐蚀液去除碲锌镉衬底的器件表面

图4 MW1280×1024减薄后盲元图

4 结论

采用机械抛光和机械化学抛光进行碲镉汞焦平面器件的碲锌镉衬底背面减薄，最后采用专用腐蚀液腐蚀的方法将碲锌镉衬底全部腐蚀去除，碲镉汞全部露出;减薄后的MW1280×1024焦平面器件经受高低温循环冲击的可靠性显著提高，取得了良好的应用效果。

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