[发明专利]非倒装键合体式硫系铅焦平面阵列器及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种非倒装键合体式硫系铅焦平面阵列器及其制备方法与应用，属于光电传感器制备工艺技术领域。本发明设计的制备方法解决了倒装键合工艺复杂，成品率低，成本高的问题，采用硫系铅薄膜具备的大面积均匀性和易与硅衬底集成的特性，直接在硅衬底上沉积生长制备焦平面阵列，同时在化学水浴沉积过程中，采用竖直布置衬底的方式，可一次性生成多个基片，有利于保证产品质量稳定性。故本发明设计的阵列器件质量稳定，探测率、响应率也表现良好。

技术领域

本发明涉及一种硒化铅焦平面阵列器的制备方法，属于光电传感器制备工艺技术领域，具体地涉及一种非倒装键合体式硫系铅焦平面阵列器及其制备方法与应用。

背景技术

红外光电探测器是一种辐射能转换器，其主要作用是将接受到的红外辐射转换为便于测量和观察的电信号。根据能量转换方式，红外探测器可分为热探测器和光子探测器两大类，前者的工作机理是基于入射辐射的热效应引起探测器电特性的变化，后者是基于入射光子与探测材料相互作用产生的光电效应；根据探测器敏感面是否需要制冷，分为制冷型探测器和非制冷型探测器，前者主要用于军事领域，性能好但成本高，后者由于省去了制冷装置，且具备体积小、功耗低、成本低、环境适应性强等优点而获得广泛应用。

硒化铅探测器是一种成熟的薄膜光电导型探测器，其工作波段为3～5μm，可以在常温下工作，且性能随工作温度降低而提高。硒化铅探测器被认为是200K工作温度下3～5μm波段的首选器件。目前制备硒化铅探测器的主流工艺为倒装键合技术，具体是将带有芯片凸点的光敏元件，对齐贴装在底部基板上，通过回流焊或热压键合工艺进行键和。完成互连后，在芯片周围滴涂底填料，使其填满芯片与基板之间的间隙。填充完成后，对底填料进行固化。然而该工艺不仅工艺复杂，且需要相对较好的前端设备，使得生产成本高踞不下。而硒化铅材料的制备方法有化学水浴沉积、物理气相沉积、化学气相沉积、分子束外延及原子层沉积等，其中化学水浴沉积和物理气相沉积因得到的晶体结构质量高而在工业上广泛应用，然而化学水浴沉积与物理气相沉积也存在薄膜质量不稳定，探测率、响应率不够理想的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种非倒装键合体式硫系铅焦平面阵列器及其制备方法与应用。本发明设计的制备方法工艺相对简单、成本低、成品率高，且制得的阵列器件质量稳定，探测率、响应率也比较理想。

为实现上述技术目的，本发明公开了一种非倒装键合体式硫系铅焦平面阵列器的制备方法，它包括如下步骤：

1)清洗、干燥衬底；

2)在步骤1)处理后衬底表面中心位置安装第一掩膜版，余下部位蒸镀读出电路；

3)向容器中沿竖直方向悬空布置一个以上步骤2)处理后衬底，所述容器置于温控为60～80℃的水浴装置内，向容器中依次加入氢氧化钠溶液、醋酸铅溶液，氢氧化钠与醋酸铅摩尔比为(10～14):1，完全浸没各衬底，搅拌反应得无色透明溶液，继续以5～10mL/min的速度滴加硫系物前驱体溶液，搅拌反应1～3h使读出电路表面沉积硫系铅薄膜；其中，所述硫系物前驱体包括硫化物前驱体、硒化物前驱体或碲化物前驱体，且所述硫系物前驱体与醋酸铅摩尔比为(1～1.2):1；

4)从容器中取出表面附着硫系铅薄膜的衬底，干燥处理后置于温控为350～400℃的第一退火炉中，向第一退火炉通入高纯氧气，控制氧气流速为250～350mL/min，退火处理20～30min，硫系铅薄膜表面生长并形成氧化铅薄膜；

5)将步骤4)获得的表面附着氧化铅薄膜的基片置于温控为350～400℃的第二退火炉中，向所述第二退火炉通入高纯氮气及高纯氮气输送的碘粒升华获得的碘蒸汽，控制氮气流速为3～7L/min，退火处理4～8min，氧化铅薄膜表面生长并形成碘化铅薄膜；其中，所述碘化铅薄膜不大于氧化铅薄膜。

6)对步骤5)获得表面附着碘化铅薄膜的基片边缘安装第二掩膜版，碘化铅薄膜表面进行钝化保护；