晶体集成式红外探测器的设计及制备工艺研究

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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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 本文主要研究内容

1.4 本文的整体安排

1.5 本章小结

第二章 热释电红外探测器概述

2.1 热释电红外探测器原理

2.2 红外探测器的分类

2.3 热释电红外探测器的组成及特性

2.4 热释电红外探测器的材料选择

2.5 热释红外电探测器的设计关键

2.6 本章小结

第三章 晶体式热释电探测器制备研究

3.1 探测器的制备工艺设计

3.2 探测器敏感元电极层材料选择

3.3 探测器敏感单元键合

3.4 探测器敏感元减薄抛光

3.3 研磨抛光机示意图

3.4 UNIPOL-802型精密研磨抛光机

3.5 光刻

3.6 探测器敏感单元沉积薄膜

3.7 本章小结

第四章 晶体式热释电探测器制备与结构性能测试

4.1 热释电探测器的加工与制作

4.2 探测器敏感元厚度测试

4.3 探测器敏感元表面粗糙度测试

4.4 探测器敏感元沉积薄膜测试

4.5探测器敏感元介电常数和介电损耗测试

4.6本章小结

第五章 晶体式热释电探测器电学性能测试

5.1 信号响应测试系统搭建

5.2 信号前置放大电路设计

5.3 信号调理电路设计

5.4 热释电红外探测器性能测试

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 成果总结

6.2 工作展望和建议

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢