[发明专利]一种非晶碲镉汞红外探测器离子束表面清洗方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非晶碲镉汞红外探测器离子束表面清洗方法，属红外探测器制造技术领域。

背景技术

在非晶碲镉汞红外探测器制备的现有工艺中，生长在非晶碲镉汞上的钝化膜(主要为ZnS)容易出现龟裂甚至剥落的现象；此外，非晶碲镉汞光敏元的上电极也容易发生大量脱落的现象，这些问题的发生导致非晶碲镉汞红外探测器的成品率大大降低，产生这些问题的主要原因是钝化膜和非晶碲镉汞光敏元之间以及上电极和非晶碲镉汞光敏元之间的附着力差。改善光敏元与其后续沉积薄膜之间的附着性能成为非晶碲镉汞红外探测器制备工艺中的关键技术之一。

提高膜层间的附着力，可以通过提高非晶碲镉汞表面的洁净度来实现。目前，提高非晶碲镉汞表面的洁净度的方法主要有湿法腐蚀和干法刻蚀。湿法腐蚀存在严重的侧蚀现象和腐蚀速率不可控的缺点，还存在腐蚀后基片残留和吸附的清洗试剂难以彻底去除的不足；常规的干法刻蚀清洗主要采用等离子体，所需本底真空度约为10Pa，工作气压约为100Pa，这样的真空环境会对非晶碲镉汞表面形成二次污染，而且产生等离子体的辉光放电过程稳定性差，容易出现打火现象，致使一些杂质材料沉积在基底上，降低了探测器的成品率。

发明内容

针对现有技术存在的不足，基于离子束刻蚀(IBE)技术，本发明提供一种有效清洗非晶碲镉汞表面的方法，可以在不改变其物相的前提下显著提高膜层间的附着力。

本发明所述的非晶碲镉汞红外探测器离子束表面清洗方法，其具体步骤如下：

(1)在真空腔体内把探测器芯片固定在样品台上，将样品台倾角调整为4.5°，样品台温度设置为10℃，然后对真空腔体抽真空，使真空度达到6×10^-4Pa；

(2)向真空腔体内通入工作气体，并将气体流量设定为4.0sccm～5.0sccm之间，工作压力设定为1.5×10^-2Pa～2.0×10^-2Pa；

(3)设置离子源参数：离子束能量为150eV～200eV，离子束流为40mA～60mA，中和电流为50mA～80mA；

(4)升起离子源与样品台间的挡板，对探测器芯片的非晶碲镉汞表面进行刻蚀清洗，清洗时间为30s～60s。

上述离子束表面清洗方法，同样适用于以非晶薄膜材料为红外探测器光敏元材料的清洗。

本发明通过应用证明：显著改善了钝化膜与光敏元之间以及上电极与光敏元之间的附着力，并能保证非晶碲镉汞不发生晶化，明显提高了非晶碲镉汞红外探测器的成品率，具有工艺步骤简单，可控性好，可进行大面积操作等优点。

附图说明

图1为非晶碲镉汞表面离子束清洗前后生长的ZnS钝化膜显微图像，其中，图1(a)为未经离子束清洗在非晶碲镉汞上生长的钝化膜显微图像，可以看出钝化膜出现龟裂甚至剥落；图1(b)为经离子束清洗后在非晶碲镉汞上生长的钝化膜显微图像，该钝化膜表面平整、光滑。

图2为非晶碲镉汞表面离子束清洗前后生长的Cr/Au金属上电极显微图像，其中，图2(a)为未经离子束清洗在非晶碲镉汞上生长的上电极显微图像，可以看出上电极大量脱落；图2(b)为经离子束清洗后在非晶碲镉汞上生长的上电极显微图像，上电极完整未出现脱落现象。

图3为非晶碲镉汞表面离子束清洗前后的X射线衍射(XRD)图谱，表明离子束清洗前后非晶碲镉汞的结构并未发生改变，仍保持非晶物相。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于下面的实施例。

实施例一：

本实施例为对非晶碲镉汞表面进行氩气(Ar)离子束清洗，然后在非晶碲镉汞表面沉积ZnS钝化薄膜的情形。样品的基本情况为：基底为2cm×2cm硅衬底，非晶碲镉汞薄膜厚度700nm。离子清洗的具体工艺过程和条件为：

样品台倾角调整为4.5°，样品台温度设置为10℃，本底真空为6×10^-4Pa，氩气(Ar)流量为4.0sccm，工作压力设置为1.5×10^-2Pa，离子束能量为150eV，离子束流为40mA，中和电流为50mA，清洗时间为45s。

经离子束清洗后，在非晶碲镉汞表面沉积ZnS钝化薄膜，再经光刻成型等后续工艺，未见钝化膜脱落现象，如图1(b)所示。经测试，碲镉汞保持非晶态。

实施例二：