[发明专利]苝四甲酸二酐有机层光电耦合器及其制作方法

摘要

苝四甲酸二酐有机层光耦合器，包括组装在同一密封的金属壳体内的发光器和受光器，发光器为GaAs红外发光二极管芯片，受光器为苝四甲酸二酐光电探测器电极芯片。苝四甲酸二酐光电探测器电极芯片，包括依次叠层的金电极层、P‑Si衬底层、苝四甲酸二酐单晶膜层和ITO膜层，ITO膜层表面设有镍膜层，镍膜层表面设有铝膜层；镍膜层与铝膜层组成芯片电极，芯片电极的直径为50μm。它以苝四甲酸二酐有机光电探测器芯片为受光器、以GaAs红外发光二极管为发光器制作而成。其体积小、性能优良，宽频带响应、光电转换效率达98%以上，比硅光敏二极管及三极管组合的光耦器的光电转换量子效率合器提高了20%，制造成本是单晶硅器件的50%。

主权项

一种苝四甲酸二酐有机层光耦合器的制造方法，其特征在于按照下述步骤进行：制作Au‑Si欧姆接触层，在Si片正面沉积苝四甲酸二酐薄膜，沉积ITO膜、高纯Ni薄膜与高纯Al薄膜，刻蚀Al‑Ni电极引线孔与每个芯片的四周边缘以刻蚀出宽度为30μm的台阶，热压焊接苝四甲酸二酐芯片与GaAs红外发光二极管芯片；具体方法如下：a、制作Au‑Si欧姆接触层将厚度350μm，电阻率2Ω·cm，晶面指数为100，大圆片形状的P型单晶Si片，经抛光后作为基片，进行清洁处理：依次用甲苯、四氯化碳、丙酮、无水乙醇各超声波处理5min，而后使用去离子水冲洗；经H2SO4煮沸3min冷却至室温后再次用大量去离子水冲洗；经H2O：HF的体积比为 9：1的腐蚀液微处理15秒，再次用去离子水多次冲洗后，在红外灯下烘干；用夹具将该Si片放置在高真空加热蒸镀设备中，待真空度达5×10‑3Pa时，在高真空蒸镀室中在Si片的背面蒸镀200nm的Au薄膜后，并在合金化炉中通H2气，在385℃的温度下恒温6分钟，形成Au‑Si欧姆接触层；b、在Si片正面沉积苝四甲酸二酐薄膜在高真空状态下，将苝四甲酸二酐在其升华点450℃向Si片正面沉积100nm的薄膜，使用型号为Rigaku‑D/max‑2400的X射线粉末衍射仪；采用Cu靶Kα辐射，其X射线波长为0.154056nm，管压为40kV，管流为150mA，衍射角2θ为50～1000，扫描速度为50/min，扫描步长为0.020，每步采样时间为10秒；在上述条件下，测得在单晶Si片表面沉积的苝四甲酸二酐只有α‑PTCDA相存在，即苝四甲酸二酐在单晶Si片的清洁表面形成单斜晶系结构；单斜晶系结构与Si片的界面形成了同型异质结；c、沉积ITO膜、高纯Ni薄膜与高纯Al薄膜在已沉积的苝四甲酸二酐薄膜的表面分别依次沉积ITO膜、高纯Ni薄膜、高纯Al薄膜；Ni薄膜的作用是防止Al与ITO发生反应，阻止了Al与O反应形成Al2O3，提高了该光耦合器的稳定性及可靠性；其中ITO透明导电膜的厚度为150nm；Ni薄膜的厚度为50nm；Al薄膜的厚度为250nm；该基片在150℃通H2气的合金化炉中微合金化3分钟制得六层结构的基片；d、刻蚀Al‑Ni电极引线孔与每个芯片的四周边缘以刻蚀出宽度为30μm的台阶利用微电子学平面工艺光刻方法刻蚀出φ50μm的AlNi电极引线孔，并在每个芯片的ITO透明导电膜的四周边缘光刻出宽度为30μm、底层为苝四甲酸二酐表面的台阶；光刻工艺中：采用正性光刻胶，相应配套的有正性光刻胶稀释液、正性光刻胶显影液及正性光刻胶去膜液；利用紫外线硬掩模接触式曝光；具体步骤为：d.1基片处理，在烘箱中80℃温度下低烘30分钟；d.2涂胶，在Al膜表面涂配置正性光刻胶；d.3前烘，在烘箱中150℃温度下烘制30分钟；d.4曝光，按照常规工艺曝光；d.5显影，按照常规工艺用正性光刻胶显影液显影；d.6漂洗，按照常规工艺漂洗；d.7后烘，在100℃下坚膜20分钟；d.8利用光刻版图采用常规光刻工艺在每个芯片ITO透明导电膜的四周边缘刻蚀出宽度为30μm的台阶；d.9使用专用的高锰酸钾腐蚀液，该腐蚀液可保留带有光刻胶φ50μm的AlNi电极引线孔图形，而将AlNi电极引线孔之外的AlNi合金薄膜腐蚀干净，经腐蚀后得到的ITO薄膜的表面平正、光亮、不产生任何污点；d.10使用正性光刻胶去膜液去除经光刻腐蚀后在电极引线孔图形上的光刻胶；e、热压焊接苝四甲酸二酐芯片与GaAs红外发光二极管芯片将上述刻有电极引线孔的苝四甲酸二酐基片，在显微镜下划片形成9mm2的芯片，9mm2的芯片与GaAs红外发光二极管芯片用热压焊接的方法固定在圆形顶端开口的金属管壳的引线柱上，并用高透明环氧树脂封装固化。