NO843614L - Infra-roed detektor - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår kadmiumkvikksølvtelleruid fotodetektorer. Slike detektorer ble anvendt som infrarøde detektorer ved termiske billeddannere.

Kadmiumkvikksølvtelleruid (CM.T.) detektorer har blitt konstruert ved å feste en skive CM.T. skåret av et kryst-tall til et safirsubstrat og påfølgende polering av C.M.T.-skiven inntil nødvendig tykkelse (typisk 10 til 20/am) er tilveiebrakt. Metallkontakter er anbrakt på C.M.T.-sjiktet for å danne en rekke med fotoledende I.R.-detektorer. Fotoelektriske CM.T.-detektorer har blitt fremstilt ved å dope CM.T.-sjiktet med egnede ioner. Sammensetningen av CM.T.-ski ven (som kan være representert som CdxHg1_xTe) påvirker reaksjonen til detektorene. Når x er tilnærmet 0,3 reagerer således detektorene hovedsakelig på I .R.-stråling i bølgelengdeområdet 3/am til 5/am, mens derimot når x er tilnærmet 0,2 reagerer detektorene hovedsakelig på 8 til 14 jam stråling. Ved enhver masse-vokst CM.T.-krystall ville sammensetningen variere ikke bare langs aksen, men også på tvers av aksen. Et hovedproblem forbundet med tidligere kjente C.M.T.-detektorrekker har vært den ujevne reaksjonen til detektorne innenfor rekken på 3-5 yum stråling og 8-14/am stråling. Fremstillingen av slike detektorer ved tidligere kjente metoder innebærer laboratorium-intensive slipe- og poleringsteknikker. Eksempel på slike teknikker er beskrevet i US-patentene nr. 3.963.925 og 4.037.311 og de europeiske patentsøkna-dene nr. 0.007.667 og 0.007.668.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for å fremstille kadmiumkvikksølvtelleruid (CM.T.) fotodetektorer som i det minste delvis overvinner ovenfor nevnte problemer og som er forenelige med eksisterende teknikker.

Ifølge et trekk ved foreliggende oppfinnelse innbefatter en fremgangsmåte for fremstilling av kadmiumkvikksølvtel-leruid fotodetektorer trinnene med epitaksial vekst av kadmiumkvikksølvtelleruidsjikt på et kompatibelt substrat som fester det sammensatte substrat/kadmiumkvikksølv-telleruids jiktet til en basisplate for således å anbringe kadmiumkvikksølvtelleruidsjiktet mellom substratet og basisplaten og påfølgende bortetsing av i det minste stør-stedelen av substratet ved en hovedsakelig kjemisk prosess med en syreetsende oppløsning.

Kadmiumkvikksølvtelleruidsjiktet kan bli festet direkte til basisplaten eller et passiverende sjikt kan bli brakt til epitaksial vekst på kadmiumtelleruidsjiktet og bli festet til basisplaten. Det passiverende sjiktet kan fortrinnsvis være kadmiumtelleruid.

Basisplaten kan være festet ved voksbinding eller epoksy-harpiksbinding og er fortrinnsvis av safir.

Substratet kan fortrinnsvis være kadmiumtelleruid, galliumarsenid, indiumantimonid eller silisium. Substratet kan ha et epitaksialt vokst overflatesjikt for å forenkle den epitaksiale veksten på kadmiumkvikksølvtelleruidsjik-tet.

Substratet kan bli fjernet helt eller delvis ved kjemisk etsing.

Ifølge et ytterligere trekk ved oppfinnelsen innbefatter kadmiumkvikksølvtelleruid fotodetektoren et epitaksialt vekstsjikt av kadmiumkvikksølvtelleruid fra hvilket substratet har blitt helt eller delvis fjernet ved hjelp av en hovedsakelig kjemisk etsende teknikk. Substratet kan fortrinnsvis være kadmiumtelleruid. Kadmiumkvikksølvtelle-ruid kan bli brakt til epitaksial vekst ved metallorganisk kjemisk fordampningsavsetning (MOCVD), molekular stråle- epitaksy (MBE) eller laserbevirket avsetning og glødnings-(LADA)-teknikker.

Det har blitt funnet at en etsende oppløsning som innbefatter blandede flussyrer, salpetersyrer og melkesyrer er nyttig for etsing av kadmiumtelleruid, indiumantimonid og galliumarsenid relaterte sammensetninger, og legeringer som kan bli anvendt som substrater for epitaksial kadmium-kvikksølvtelleruid i en prosess i samsvar med oppfinnelsen. Slike sammensetninger og legeringer er ikke etset ved en egnet hastighet dersom de innbefatter selv en liten mengde med kvikksølv. En etsende oppløsning som således består av like volum av 48% flussyre, konsentert salpetersyre og melkesyre etser kadmiumtelleruid ved en hastighet større enn 350 jjm/min. og indiumantinonid ved en hastighet større enn 500 pm/min., men etser CdxHg1_xTe (X=0,24) ved en hastighet på mindre enn 1 jum/min. CdxHg1_xTe blir ikke etset tilfredsstillende ved etseoppløsningen ifølge oppfinnelsen med mindre x er større enn 0,9. Kvikksølvtelle-ruid er også motstandsdyktig mot angrep.

Ved prosessen ifølge oppfinnelsen kan kadmiumkvikksølv-telleruids jiktet bli brakt til epitaksial vekst på et passiverende sjikt av f.eks. kadmiumtelleruid, hvis passifi-serende sjikt av f.eks. kadmiumtelleruid, hvis passifise-rende sjikt kan bli brakt til vekst på et syremotstandsdyktig barrieresjikt inkorporert i substratet. Med et syremotstandsdyktig barrieresjikt er ment ethvert sjikt som blir etset langsommere enn substratet ved syreetsende oppløsning. Dersom den etsende oppløsningen er en blanding av flussyre, salpetersyre og melkesyre, kan barrieresjiktet være en kvikksølvsammensetning, f.eks. kvikksølv-telleruid. Det passiverende sjiktet frilagt ved bortetsing av substratet og sperresjiktet (om tilstede) beskytter kadmiumkvikksølvtelleruidoverflaten.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et tverrsnitt av CM.T. (kadmiumkvikksølv-telleruids jiktet ) dannet på et substrat med et kvikksølvtelleruidbarrieresjikt i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 2 viser en diagrammessig fremstilling ved hjelp av eksempel av trinnene ved fremstilling av en C.M.T.-fotodetektor i samsvar med oppfinnelsen.

Det sammensatte sjiktet vist på fig. 1 innbefatter en relativt tykk skive av kadmiumtelleruid 1 som er skåret fra en krystall vokst av en smeltemasse. Et 10 pm tykt sjikt med kadmiumtelleruid 2 blir epitaksialt avsatt på dette substratet. Et kvikksølvtelleruidbarrieresjikt 3 av sammensetningen HgTe og tilnærmet 0,25 pm tykt blir avsatt på sjiktet 2 ved hjelp av M.O.C.V.D. (metallorganisk kjemisk dampavsetning). Et ytterligere tynt kadmiumtelleruidsjikt 4 blir epitaksialt avsatt på dette sjiktet og så blir et kadmiumkvikksølvtelleruid 5 avsatt på dette sjiktet ved hjelp av en M.O.C.V.D.-metode. Et kadmiumtel-leruidpassiviserende sjikt blir til slutt avsatt på sjiktet 5 ved hjelp av en M.O.C.V.D.-metode eller alterna-tivt fra en egnet smelte (epitaksivæskefase). Den frilagte overflaten til sjiktet 6 blir bundet til en safirbasisplate (ikke vist) ved hjelp av voks eller epoksyharpiks. Den frilagte overflaten til sjiktet 1 blir så anbrakt i et etsende bad og etset i et par minutter ved hjelp av en etsende oppløsning som består av tilnærmet like volum av 48% flussyre, konsentrert salpetersyre og melkesyre inntil barrieresjiktet 3 er nådd. Tidligere kjent teknikk med håndpolering ville ta en betydelig tid for å fjerne sjiktene 1 og 2. Det tynne sjiktet 3 kan bli styrbart polert bort relativt hurtig for å etterlate en optisk flat overflate med kadmiumtelleruidsjikt 4 frilagt. Kadmiumtelle ruidsjiktene 4 og 6 passiviserer overflaten til C.M.T.-sjiktet 5 og forhindrer at det blir ødelagt ved den ferdige anordningen. Sjiktene 1 og 2 kan være sammensatt av galliumarsenid eller indiumantimonid i stedet for kadmiumtelleruid, siden begge disse materialene er etset ved hjelp av HF/HNO/3/melkesyre-etsemiddel.

Fig. 2a viser i plan og tverrsnitt den resulterende enhe-ten, som innbefatter en safirbasisplate 8 og et sammensatt sjikt 7 som innbefatter CM.T.-sjiktet 5 anbrakt mellom kadmiumtelleruidsjiktene 4 og 6. Det sammensatte sjiktet 7 (som er vist som et enkelt sjikt for enkelhetens skyld) er bundet til bærerplaten 8 ved hjelp av epoksyharpiks 9. Før fortsettelsen med beskrivelsen av fig. 2, skal det bemer-kes at ved prosessen på fig. 1 kan Cd Te sjiktene 4 og 6 bli valgfritt utelatt ved hvilket tilfelle det er nødven-dig å passifisere den frilagte overflaten til sjiktet 7 (fig. 2a) ved hjelp av en anodefilm, som kan bli brakt i vekst ved plasmaanodisering.

Den påfølgende behandlingen vist på fig. 2 anvender både et sammensatt og et anodisk passifisert kadmiumkvikksølv-telleruids jikt 7, og er som følgende: b) Sjiktet 7 ble delt i individuelle skiver 10 av ønsket størrelse (f. eks. 2,6 mm x 0,6 mm) ved anvendelse av f.eks. fotoresist som et maskeringssjikt. Dette kan bli tilveiebrakt enten ved kjemisk etsing eller ved ione-strålefjerningsprosess. c) Hver skive 10 er montert på et separat dielektrisk substrat 8' med et adhesiv 11 for ytterligere behandling. d) Individuelle skiver blir håndpolert (kjemomekanisk) for å gi ønsket tykkelse (tilnærmet 5-20 pm) og avrunding

av kantene for å unngå uregelmessigheter i det påføl-gende metalliserte sjiktet.

Denne tykkelsesreduksjonen og avrundingen kan også bli be-virket ved polering og etsing på en måte slik som beskrevet i US-patent nr. 4.037.311. e) et anodisk oksydsjikt 12 dannet f.eks. ved plasmaanodisering blir dannet på hver skive for å forbedre over-flat ekvali teten.

Dette trinnet er ikke nødvendig når sjiktet 7 er et sammensatt sjikt av CM.T. lagt i lag mellom CdTe-sjikt. f) Et selektivt frilagt fotoresistmaskeringssjikt 13 er dannet over skiven i form av en strimmel. Det under-liggende maskerte området definerer passiverte følsom-hetsområde for detektoren. g) Området som ikke er beskyttet av fotomotstanden er for-synt med metallisering, f.eks. ved hjelp av en forstøv-ningsprosess som avsetter et Cr/Au-sjikt 14. h) En standard halvlederfotoresistavløftingsprosess (som innbefatter løsningsmiddelinntrengning gjennom brudd i

metallsjiktet 14 rundt strimmelen 13) blir utført for å fjerne maskeringsfotoresistsjiktet og metallet derpå som etterlater det øvrige metallsjiktet på både skiven

og substratet.

i) Ytterligere selektivt frilagt fotoresistmaskeringssjikt blir påført for å definere de aktive områdene 15 og

deres elektroder 16.

j) En ionestråle av høy energi (kjent som ionestrålefjer-ning) ble anvendt for å avtegne rekkemønsteret. Dette gir på sin side flanker med aktive områder som ikke er

passifiserte.

k) A X/ 4 dielektrisk film 17 av sinksulfid blir avsatt på

toppen av den fullstendige rekken for å øke detektorens kvantumvirkningsgrad.

Hver plate 8' blir så festet til enden av glassrøret for-synt med gulltråder som går aksialt gjennom dets vegger. Disse er bundet til elektroder 16 og ved bruk blir væske-nitrogen pumpet inn i hulrommet definert av platen og røret og avkjøler derved detektorne 15 til 77K.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for å fremstille en kvikksølvtelleriudfoto-detektor, karakterisert ved at et kadmi-umkvikksølvtelleriudsjikt (5) bringes til epitaksial vekst på et kompatibelt substrat (1, 2, 3, 4) som fester det sammensatte substratet/kadmiumkvikksølvtelleriuds jiktet (1, 2, 3, 4, 5) til en basisplate (8) for således å anbringe kadmiumkvikksølvtelleruidsjiktet i lag mellom substratet og basisplaten og påfølgende bortetsing av i det minste delvis substratet (1, 2) ved hjelp av en hovedsakelig kjemisk prosess med en syreetsende oppløsning.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en syreetsende oppløsning innbefatter en blanding av salpetersyre, flussyre og melkesyre.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det passiverende sjiktet (6) bringes til epitaksial vekst på kadmiumkvikksølvtelleruidsjiktet (5) og blir i det påfølgende festet til basisplaten før substratet blir etset bort med den syreetsende oppløsnin-gen.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at substratet (1, 2) påføres et tynt syreresistent barrieresjikt (3) på dets overflate og at kadmiumkvikksølvtelleruidsjiktet (5) bringes til epitaksial vekst på det syreresistente barrieres jiktet .

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at som barrieres jikt (3) anvendes et sjikt som inneholder kvikksølv.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at som barrieres jikt (3) anvendes et sjikt som innbefatter kvikksølvtelleruid.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at barrieresjiktet (3) fjernes ved polering for å etterlate en glatt overflate etter fjerningen av hovedsakelig resten av substratet (1, 2) ved kjemisk etsing med den syreetsende opp-løsningen.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at etter fjerningen av hovedsakelig alle rester av substratet (1, 2) ved kjemisk etsing med den syreetsende oppløsningen fjernes barrieres jiktet (3) ved hjelp av en ytterligere kjemisk etsing for å etterlate en glatt overflate.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 4 til 8, karakterisert ved at som barrieresjikt (3) anvendes et sjikt som er mindre enn 5 jam tykt.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at som barrieresjikt (3) anvendes et sjikt som er 1 jam tykt.

Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at som substrat (1, 2, 3) anvendes et substrat som har et annet epitaksialt vokset passiverende sjikt (4) på dets overflate og at kadmiumkvikksølvtelleruidsjikte (5) bringes til epitaksial vekst på det andre passiverende sjiktet.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at som passiverende sjikt (4) anvendes et som er sammensatt av kadmiumtelleruid.

13. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av foregående krav, karakterisert ved at som sammen-setning av kadmiumkvikksølvtelleruidsjikte (5) anvendes et som er slikt at fotodetektoren er følsom for infrarød stråling.

14. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av foregående krav, karakterisert ved at kadmiumkvikk-sølvtelleruids jiktet (5) understøttes på basisplaten i den ferdige fotodetektoren.

15. En rekke med fotodetektorer frembrakt av fremgangsmåten ifølge krav 13, karakterisert ved at basisplaten (8) er felles med fotodetektorene.

16. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 14, karakterisert ved at kadmiumkvikk-sølvtelleruids jiktet (5) gjøres fotoledende.

17. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 14, karakterisert ved at kadmiumkvikk-sølvtelleruids jiktet (5) anbringes i en fotodiode.

18. Kadmiumkvikksølvtelleruidfotodetektor, karakterisert ved at den har et epitaksialt vokset sjikt av kadmiumkvikksølvtelleruid (5), fra hvilket sjikt substratet (1, 2) har blitt helt eller delvis fjernet ved hjelp av en kjemisk etsende teknikk.