下载文档原格式
高质量InSb薄膜的MBE同质和异质外延生长尚林涛;周翠;沈宝玉;周朋;刘铭;强宇;王彬【摘要】InSb是3~5 μm中波红外波段具有重要研究意义的材料.本文以单位内部生产的InSb(100)衬底为基础,通过摸索InSb(100)衬底的脱氧、生长温度和V/III束流比,获得了高质量的InSb同质外延样品,1.5 μm 样品的表面粗糙度RMS≈0.3 nm(10 μm ×10 μm), FWHM≈7 arcsec;采用相同的生长温度和V/III 束流比并采用原子层外延缓冲层的方法在GaAs(100)衬底上异质外延生长本征InSb层,获得了较高质量的异质外延InSb样品,1.5 μm样品的室温电子迁移率高达6.06 ×104cm2V -1s-1,3 μm的样品最好的FWHM低至126 arc-sec.InSb材料的同质和异质外延优化生长可为高温工作掺Al的InSb器件结构的优化生长提供重要参考依据.%InSb has important research significance for 3~5 μm mid-wave infrared band.Based on InSb(100)sub-strate,the high quality InSb homo-epitaxial samples were obtained by optimizing some parameters,such as substrate preprocess,growth temperature and V /III beam ratio,etc.The surface roughness of the sample is about 0.3 nm(10 μm ×10 μm),FWHM is about 7 arcsec.Under the same growth temperature and V /III beam ratio,InSb intrinsic layer on the GaAs(100)substrate was grown by atomic layer epitaxial buffer layer method,and a high quality hetero-epitaxial InSb sample was obtained.Electron mob ility of 1.5 μm sample reaches up to 6.06 ×104cm2V-1s-1at room temperature,and the best FWHMof 3 μm sample is as low as 126 arcsec.The optimized growth of homogeneous and hetero-epitaxial InSb materials can provide animportant reference for the optimized growth of InSb devices at high working temperature.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2018(048)003【总页数】6页(P352-357)【关键词】InSb;InSb/GaAs;分子束外延;同质外延;异质外延【作者】尚林涛;周翠;沈宝玉;周朋;刘铭;强宇;王彬【作者单位】华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN2131 引言InSb材料独特的物理属性(晶格常数6.48Å[1],III-V半导体中最窄室温带隙0.165eV[2],高达106 cm2/V·s[3]的电子迁移率,最小有效质量和显著的自旋-轨道接触)使得它在很多中红外和高频器件的基础应用中极具潜力。
第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月V bl．36Su ppl em e n t h讧hLr ed蛐d Las er E ngi I l∞r i ng J un．200r7应力制约的I nSb焦平面探测器均匀性●曹光明，耿东峰，徐淑丽，蒲季春，杨雪锋，李龙，何英杰，吴伟，张国栋，付浩(中国空空导弹研究院，河南洛阳471009)擅要：采用焦平面探测器均匀性作为衡量hl s b芯片承受应力的方法，通过工艺改进有效地降低了应力水平，提高了128x128I I l sb焦平面探测器的均匀性，取得了响应非均匀性为3．0％的结果。
关键词：I nSb；焦平面探测器；应力；均匀性中图分类号：TN215文献标识码：A文章编号：1007—2276(2007)增(器件)．0067．03s t r es s-l i m i t ed nonuni f or m i t y of I nSb f ocal pl ane ar r ay det ect or sC A o G u蛆g—m i I l g，G E N GD ong—f e ng，X U S hu—l i，PU J i-chun，Y A N G X∞一f eng，U bng，H EⅥng．j i e，W U W ei，ZH A N G G uo—do ng，FU H ao(L uoy锄g ol蛳d∞仃oni c I ns t it utc，Luoy柚g47l009，C hina)A bs t r ac t：T he N onuni f om l i t y of128×128I n S b f oca l pl ane a11r ay det e ct ors is us ed t o est i m at e t lle锄pH t ude of s恤ss i n deVi ces．N onuni fom埘3．0％i s obt ai ned m er s骶ss an叩l i t ude i s depr es s ed t tⅡough t echnol ogy i m pr0V em ent．K e y w or ds：I nSb；Focal pl黜ar ray det ect or s；S晚s s；№nuni fo聊i够O引言在微电子领域，应力问题是目前一个研究的热点。
文章编号：1672-8785(2021)04-0015-06InSb红外焦平面探测器十字D元问题的研究程雨李忠贺谢3肖5黄婷(华北光电技术研究所，北京100015)摘要：InSb红外焦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钮凸点失效。
进一步检测发现，钮凸点制备参数欠佳。
通进钮凸点形状和增，了焊接面的牢。
此后发现极少InSb器件存在十字盲元问题。
在80°C下对钮凸点改进后的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，钮凸点的可靠性较好。
改进钮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原因。
以此类推，该可解决所有InSb红外器件的十字盲元问题。
关键词：十字盲元；失效分析；InSb红外探测器中图分类号：TN362文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-8785.2021.04.003 Study of Cross-shaped Dead Pixels in InSb IRFPA DetectorsCHENG Yu，LI Zhong-he，XIE Heng，XIAO Yu，HUANG Ting(North China Research Institute of Electro-Optics，Beijing100015，China)Abstract:InSb infrared focal plane array(IRFPA)detectors are playing important roles in the medium wave infrared band.But cross-shaped dead pixels severely reduce the performance of the detectors.It was found that indium bumps were invalid in the cross-shaped dead pixels'regions by focused ion beam technology.Fur ther inspection revealed that the indium bump preparation parameters were not good.Through improving the shape of the indium bumps and increasing the height，the firmness of the welding surface was strengthened，very few InSb detectors had the problem of cross-shaped dead pixels.The optimized InSb infrared detectors werebakedat80Cfor14days andthenumberofcros-shapeddeadpixelsremainedunchangedaftertes-ting.The reliability of indium bumps was good.Optimizing indium bump preparation technology can effectively solve the cross-shaped dead pixels problem.Interconnection failure is the main cause of the cross-shaped dead pixels problem.By analogy，this method can solve the cross-shaped dead pixels problem of all InSb infrared detectors.Key words:cross-shaped dead pixel；failure analysis;InSb infrared detector收稿日期：2020-11-01作者简介：程雨(1989),女，黑龙江大庆人，工程师，硕士，主要从事红外林料与器件研究。
分子束外延 InSb 薄膜缺陷分析周朋;刘铭;邢伟荣;尚林涛;巩锋【摘要】High operating temperature detector has become a significant direction of the 3rd generation infrared detec-tors.In order to achieve this aim,defects on the detector materials must be reduced.In this paper,the effect of differ-ent experimental conditions on InSb wafers grown by molecular beam epitaxy is studied,metallographic microscope, scanning electron microscope and X-ray double crystal diffraction are used to study the defects.The characteristics,o-rigination and eliminating methods of these defects are analyzed.By MBE optimization,the best defect density has reached 483 cm -2.%实现高温工作已经成为了第三代红外探测器的重要发展方向。
为了达到这个目标，首先要降低探测器材料的各种缺陷。
本文主要研究了不同生长条件对 InSb 分子束外延薄膜的晶体质量的影响，并采用金相显微镜、X 射线双晶衍射仪、扫描电子显微镜及 X 射线能谱仪等检测手段对外延膜缺陷进行了研究，综合分析了各缺陷的特征、起因、消除方法等。
通过优化外延条件，外延膜宏观生长缺陷最低值达到483 cm -2。
InSb焦平面器件碎裂机理研究摘要：在混成式InSb焦平面器件制造过程中，热冲击引起的芯片碎裂是造成器件失效的主要原因，其较高的碎裂概率严重制约InSb焦平面器件成品率。
针对InSb焦平面器件温度循环下碎裂的现象，设计出热冲击试验装置，采用该装置，对InSb焦平面器件进行热冲击试验，获得InSb焦平面器件碎裂位置、分布等丰富的试验数据；通过对碎裂机理进行分析，梳理并识别生产过程中引起碎裂的工艺因素，确定了热失配应力和工艺损伤是造成InSb焦平面器件碎裂的两个主要原因。
通过对底部填充材料的择优选择、固化过程的优化，控制芯片切割中的进刀速度，选择适合InSb材料的磨料，减少热失配应力，避免生产过程中引入的工艺损伤，降低了InSb焦平面器件碎裂的概率，显著提高InSb焦平面器件的成品率。
该研究工作分析了混成式InSb焦平面器件碎裂机理，找到了引起InSb焦平面器件碎裂的主要原因，并采取有效措施，降低了碎裂概率，使成品率提高50%，提升InSb焦平面器件的制造水平，将InSb焦平面器件应力分析结果应用于制造过程，指导探测器结构设计和工艺优化，对320*256、640*512中规模InSb焦平面器件研制具有重要意义。
关键词：焦平面碎裂热冲击1 引言红外探测器在军用和民用领域具备广阔的市场，其中InSb制冷红外探测器由于稳定性好、制造工艺成熟，在精确制导武器系统、机载光电设备等方面有着广泛的应用。
InSb 面阵探测器通常借助倒装焊技术把InSb光敏元芯片和硅读出电路(silicon readout integrated circuit, Si-ROIC)通过铟柱阵列互连混成.为抑制背景噪声、提高信噪比,高灵敏度的面阵探测器通常工作于液氮温度.在快速降温过程中,由于InSb和Si的膨胀系数不同，将导致铟柱与InSb芯片或读出电路结合处产生应力/应变，引起铟柱焊点断裂，相邻材料之间产生分层开裂或者InSb芯片碎裂，导致探测器性能下降甚至失效。
基于可靠性试验的InSb红外探测器失效机理研究
张伟婷;宁提;李忠贺;李春领
【期刊名称】《红外》
【年(卷),期】2022(43)7
【摘要】对于芯片加速寿命可靠性试验来说,温度是其中最重要的一环。
首先,立足于芯片可靠性试验中温度的变化,探究高温烘烤对InSb红外探测器芯片光电性能的影响;然后对盲元的类型进行了分类,并总结出了像元损伤的可能原因;最后利用有限元分析软件对探测器结构进行了热应力仿真和分析,进一步明确了芯片碎裂的机理。
由仿真结果可知,芯片中心位置受力较大,其值在680 MPa左右,这与InSb探测器
中心位置易发生疲劳失效现象相吻合。
提供了一种研究InSb探测器失效机理的新思路,对于高性能InSb红外探测器的研制具有一定的实际指导意义。
【总页数】6页(P15-20)
【作者】张伟婷;宁提;李忠贺;李春领
【作者单位】华北光电技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN214
【相关文献】
1.基于Pt/CdS与InSb光伏型紫外—红外焦平面探测器的双色探测机理
2.基于内
聚力模型的InSb面阵探测器失效分析3.InSb红外焦平面探测器十字盲元问题的
研究4.InSb红外焦平面探测器的区域性过热盲元问题研究5.InSb红外探测器钝化前清洗工艺研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
N 电极结构尺寸和材料对探测器热应力影响雷震;张立文;张晓玲;孟庆端;张晓红【摘要】温度冲击下锑化铟（InSb）面阵探测器典型碎裂统计结果表明，起源于N 电极区域的裂纹在芯片碎裂中占据主导。
为研究温度冲击下 N 电极结构尺寸和材料选取对 InSb 红外面阵探测器所积累热应力的影响，借助 ANSYS 软件，基于“先分割，后等效”的建模思想，建立了128×128 InSb 红外面阵探测器结构分析模型。
模拟结果显示，随着 N 电极厚度的增加，InSb芯片和 N 电极上累积的热应力极值和 Z 方向应变极值都呈现出减小趋势，即 N 电极越薄， InSb 芯片和N 电极上热应力和应变极值越大。
在 N 电极选取金和铟两种不同材料时，InSb 芯片和 N 电极上累积的热应力极值也发生迥然不同的变化：选金做 N 电极时，InSb 芯片上累积热应力极值为503 MPa，在选用铟材料时，其值进一步增加到918 MPa；但此时 N 电极上热应力极值不是增大，而是从242 MPa 下降到2.82 MPa，减小了两个数量级。
这表明 N 电极结构尺寸和材料的变化对 InSb 芯片和 N 电极上热应力／应变有较大的影响。
因此，如能选取合适N 电极结构尺寸和材料，将有助于减小芯片和 N 电极应力集中现象，从而降低探测器碎裂几率。
%Typical fragmentation statistics analysis of InSb infrared focal plane array (IRFPA)detector shows the cracks happening in the region of N electrode dominate the fractures of InSb IRFPA.To study the effects of the struc-ture size and material selection of N electrode on thermal stress of InSb IRFPA detector,basing on the equivalent mod-eling method of “first split,then equivalently replace”,a structural model of 128 ×128 array is established.Simula-tion results show that as the N electrode thickness increases,the maximum thermal stress and maximum Z-component ofstrain in InSb chip and N electrode both decrease.That means the thinner N electrode leading to larger thermal stress and strain extremum of InSb chip and N electrode.When gold and indium are respectively adopted as N elec-trode,the maximum thermal stress in InSb chip has quite different characteristics from that in N electrode:when gold is used as N electrode,the maximum thermal stress in InSb chip is 503 MPa,and it increases to 918 MPa with indium used as N electrode;but the change trend for N electrode decreases from 242 MPa to 2.82 MPa by two orders of mag-nitude.All these show that the structure size and material selection of N electrode have impacts on the thermal stress and strain in InSb IRFPA.Therefore,the appropriate selection of structure size and material will benefit to eliminate the stress concentration of InSb chip and N electrode,and decrease the fracture probability.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P153-157)【关键词】红外面阵探测器;碎裂;N 电极;热应力【作者】雷震;张立文;张晓玲;孟庆端;张晓红【作者单位】河南科技大学，河南洛阳 471023;河南科技大学，河南洛阳471023;河南科技大学，河南洛阳 471023;河南科技大学，河南洛阳 471023;河南科技大学，河南洛阳 471023【正文语种】中文【中图分类】TN2151 引言InSb红外面阵探测器通常采用倒装焊接技术混合集成、背照射方式工作，探测器工作时，需要通过制冷器把探测器快速地从室温(300 K)降到液氮温度(77 K)，在温度快速下降过程中，由于探测器各材料热膨胀系数的不同将会在探测器中引起热应力/应变，导致探测器芯片碎裂，严重制约着InSb红外面阵探测器的适用性、列装性，成为批量生产中亟需解决的首要问题。
InSb晶片材料性能表征与机理分析巩锋;程鹏;吴卿;折伟林;陈元瑞【摘要】对2 in InSb(111)晶片材料位错密度、X光形貌、X射线双晶衍射半峰宽和电学参数进行了整片均匀性测试表征.结果表明材料整体性能极佳,并结合InSb 晶体生长原理对晶片材料位错密度、掺杂浓度区域性分布进行了深层机理分析.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)010【总页数】3页(P1146-1148)【关键词】InSb晶片材料;性能表征;区域分布;机理分析【作者】巩锋;程鹏;吴卿;折伟林;陈元瑞【作者单位】华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN2131 引言直接带隙半导体InSb材料，室温禁带宽度0.18 eV、极高的电子迁移率和小的电子有效质量等独特的半导体性质决定了其可用于制造高性能3～5 μm中波红外探测器。
目前InSb材料的红外探测器已由单元、多元发展至一维线列和二维凝视焦平面阵列［1－4］。
当前，基于InSb焦平面探测器的制备工艺已相当成熟，国外公开报导的InSb探测器规模已达到6000×1线列和2048×2048面阵焦平面阵列，并已广泛地应用于红外追踪、制导、热成像、监视、侦察、预警和天文观察等军事与民用红外系统中，并取得了很好的结果。
2 晶体生长及性能测试表征InSb单晶生长采用Czochralski法，提拉杆下端装夹(211)晶向籽晶，生长过程中提拉杆同时做向上提拉运动和旋转运动，获得了不同直径高性能Te掺杂N型InSb(211)单晶［5］(如图 1所示)。
InSb(211)单晶经定向、切割、研磨和抛光，获得不同尺寸的InSb(111)晶片(如图2所示)。
采用腐蚀坑密度(EPD)来表征InSb晶体的位错密度;用X光形貌来表征晶片的宏观晶体均匀性和质量;用ATE－E型X射线双晶衍射半峰宽表征晶片材料的晶格完整性;用范德堡法对材料的电学参数进行霍尔测试。
