Автореферат (1090209), страница 4
Текст из файла (страница 4)
3.3 Фрагмент линейкиРис. 3.4 Общий вид корпуса элементов сборка алмаз64х2 при большом увеличе«Мамонт» с мультиплексоной линейки вместе снии.ром и алмазной линейкоймультиплексором проводилась в корпусе типа «Мамонт» (рис. 3.4) с 64-мя выводами. Мультиплексор наклеивался на керамическое основание корпуса. Линейка наклеивалась непроводящим клеем накерамическую или сапфировую плату. Затем эта плата с линейкой наклеивалась непроводящим клеем на контакты «жука». Далее проводилась разварка контактов линейки 30микронной проволокой с контактами жука. Затем проводилась разварка 128-ти контактов14«жука» с 128-ю входными контактами мультиплексора.
Далее проводилась разварка 25ти контактов мультиплексора с ножками корпуса.Контакт от проводящей платы, на которую наклеивалась линейка, также сваривался содной из ножек корпуса.После этого кварцевая крышка наклеивалось на корпус через промежуточную диэлектрическую рамку толщиной 2 мм.3.3.2 Технология изготовления алмазныхматричныхмногоэлементныхфотоприемников УФ диапазонаБыли разработаны различные варианты алмазных матричных многоэлементных детекторов УФ диапазона:1. Матрица для исследований с шагом 50×50 мкм с контактными площадками под разварку в корпусе форматом 64х64.2. Матрица с шагом 30×30 мкм для сборки с мультиплексором с помощью индиевыхстолбов форматом 64х64.3.
Матрица с шагом 30×30 мкм для сборки с мультиплексором с помощью индиевыхстолбов форматом 128х128.Фотошаблоны для изготовления алмазных многоэлементных матричных фотоприемников УФ диапазона формата различных форматов имели те же параметры, за исключением размера и формата.Технологический маршрут изготовления и процесс сборки был одинаков. Поэтому рассмотрим технологию изготовления на примере матрицы форматом 64х64.Для изготовления матричного чувствительного элемента мы использовали два фотошаблона.Технология изготовления матрицы состоит из следующих основных этапов1.
Наклейка алмазной пластины клеем «аквадаг» на поликоровую или сапфировуюпластину размером 2020 мм. Толщина пластины 200…300 мкм.2. Отмывка алмазной пластины на поликоре3. Напыление на алмазную пластину слоя платины 10 нм.4. Отклейка алмазной пластины и отмывка от аквадага5. Повторная наклейка алмазной пластины клеем «аквадаг» на поликоровую или сапфировую пластину стороной, где напылена платина.6. Отмывка алмазной пластины на поликоре.7.
Напыление на алмазную пластину слоев «титан» (50 нм), «золото» (50 нм), «титан»(50 нм),8. Нанесение фоторезиста и его сушка9. Фотолитография с первым шаблоном.10. Электролитическое нанесение слоя золота толщиной 0,7-1 мкм в окна, не закрытыефоторезистом.11. Удаление участков с фоторезистом.12. Удаление тонких слоев золота травлением ионами аргона (при этом толстые слоизолота служат маской).13. Удаление тонких слоев титана химическим травлением.После проведения указанных операций алмазная пластина с матрицей 64×64 имеет вид,показанный на рисунке 3.5.15Далее проводятся следующие операции:14.
Отклейка алмазнойпластины от поликоровойплаты.15. ОтмывкаалмазнойпластиныТаким образом, на однойстороне алмазной пластиРис. 3.5 Элементы матрицыны формируются 64×6464×64. Промежутки междуРис. 3.6 Внешний видэлемента в виде золотыхэлементами 8 мкм. Шаг –АМФД формата 64×64.столбиков, а на другой30 мкм.стороне алмазной пластины имеется полупрозрачный слой платины. Затем на поверхности фотоприёмника формировались индиевые столбики с высотой 6 мкм и площадью около 25×25 мкм. Такие жестолбики формировались на мультиплексоре.
Сборка алмазного многоэлементного фотодетектора (АМФД) проводилась методом «flip-chip».Обычный порядок сборки следующий:1. усадка матрицы 64×64 фотоприемников на мультиплексор ISC 9705 методом перевернутого монтажа или flip-chip посредством групповой пайки столбиковых индиевыхвыводов;2. установка подсборки, состоящей из кремниевого кристалла матрицы мультиплексора с линейкой фотоприемников на алмазной пластине сверху, в корпус;3. разварка методами ультразвуковой и термокомпрессионной микросварки проволочных выводов на выходные контактные площадки корпуса, а также изготовление внешнихвыводов с входной стороны линейки фотоприемников на выводные контактные площадки корпуса посредством токопроводных клеевых композиций.4.
осуществление пылевлагозащиты, защиты от механических повреждений гибриднойфотоприёмной структуры и герметизация входного окна матричного фотоприемногоустройства.3.4 Проведение испытаний АМФД и анализ результатовИсследовались изготовленные по технологии, описанной вразделе 3.3, линейчатый фоточувствительный элемент форматом 64х2 элемента, линейка 64х2, состыкованная с мультиплексором типа МК-64 (рисунок 3.4), матрица 64×64 с шагом50×50 мкм в корпусе «Мамонт», матричный АМФД 64×64 смультиплексором ISC 9705 INDIGO (рисунок 3.6) и матричный АМФД 128×128.Рис.
3.7 Относительная3.4.1 Исследование основных фотоэлектрических пара- спектральная характеметров АМФД типа линейкиристика, снятая на 122Схема и порядок измерения фотоэлектрических параметров пикселелинейчатойАМФД приведена в приложении Б диссертационного иссле- многоэлементнойдования. На рисунке 3.7 показана спектральная чувствитель- структуры при смещеность фотоприемной линейки форматом 64×2 элементов на нии «-25 В».основе природного алмаза.16На рисунке 3.8 а,б представлены типичные вольтамперные характеристики элементовлинейки 64×2 на основе алмаза.
Из этих рисунков видно, что темновой ток встречноштыревой конструкции линеек является достаточно большим, что при работе с мультиплексором будет сильно ограничивать динамический диапазон.а)б)Рис. 3.8 Типичные вольтамперные характеристики элементов линейки 64×2 на основе алмаза. а – встречно штыреваяструктура; б – линейка с проводимостью через объём. 1 –фоток, 2 – темновой токНаблюдается значительная неоднородность сигналов от различных выводов линеек.Большой ток и неоднородность связаны с поверхностными токами утечки.В то же время, чувствительность линейной структуры работающей через объём, былавыше в шесть раз, при более низком темновом токе.На рисунках 3.9 и 3.10 приведены гистограммы распределения фототока по пикселямпри напряжении смещения «40 В» элементов линеек 64×2 на основе алмаза разной конструкции при равномерной засветке.
Рассчитанное по гистограмме (рис. 3.9) среднеезначение фототока равно 7,44 нА. Геометрический шум, рассчитанный как стандартноеотклонение от среднего значения равен 23,79%. Что несколько лучше, чем у многоэлементных фотоприёмных устройствах на CdxHgxTex (30%).Рис. 3.9 Гистограмма распре- Рис. 3.10 Гистограмма расделения фототока по пиксепределения фототока полям в линейки со встречнопикселям в линейке соштыревой структурой.сквозной проводимостью.Рассчитанное по гистограмме (рисунок 3.10) среднее значение фототока равно 3,3 нА.Геометрический шум, рассчитанный как стандартное отклонение от среднего значенияравен 1,11%. Что, приближается по значению к кремниевым образцам.17Следовательно, и по этому параметру линейки со сквозной проводимостью превосходят встречно-штыревые структуры.3.4.2 Исследование основных фотоэлектрических параметров АМФД типа матрица3.4.2.1 Матрица 64×64 с шагом 50 мкмДля измерения фотоэлектрических параметров матрица 64×64 с шагом 50 мкм быласмонтирована в корпус «Мамонт», на ножки которого были выведены контакты от тестовых 48 элементов.На рис.
3.11 показана спектральная чувствительность матрицы форматом 64×64 элементов на основе алмаза. На рис. 3.12 представлены типичные вольтамперные характеристики тестовых элементов матрицы 64×64 на основе алмаза.Рис. 3.12 Типичные вольтамперные характеристикиРис. 3.11 Относительнаятестовых элементов матриспектральная характеристика,цы. 1,2 – зависимость темснятая на 48 тестовом эленового тока от напряженияменте матрицы 64×64 присмещения; 3,4 – зависимостьсмещении 100 В.фототока от напряжениясмещения.Из рисунка 3.11 видно, что кристалл алмаза, на котором была изготовлена матрица,имеет явно выраженный максимум чувствительности в области 210 нм и «хвост» чувствительности в области 230-260 нм, обусловленный азотными центрами.Из рисунка 3.12 видно, что световые ВАХ имеют резко выраженный нелинейный выпрямляющий вид.
Он связан с большим различием времен жизни генерируемых светомэлектронов и дырок.3.4.2.2 Матричное ФПУ 64×64 с мультиплексором ISC 9705 INDIGOВнешний вид матрицы, состыкованной с мультиплексором, изображен на рисунке3.6.Целью измерений было получение изображения с данного АМФД. Следует отметить,что эта работа в России выполнена впервые.Изображения получены с вычитанием темновой составляющей при разных количествах кадров усреднения- 10, 20 и 50. Напряжение смещения на матрице изменялось до 70В. Время накопления-100 мс.
Уровень выходного сигнала соответствовал 2-3 мВ. Следует отметить, что данный мультиплексор ISC 9705 INDIGO управляется отрицательнымиимпульсами, тогда как для большей чувствительности необходим мультиплексор с положительными импульсами.18Рис. 3.13 Относительная спектральная характеристика, матрицы 64×64при смещении 40 В.Рис. 3.14 Изображение УФ источника,полученное с помощью АМФД 64×64 наоснове алмазаНа рисунке 3.13 показана спектральная характеристика фотоответа матрицы 64×64,снятая с тестового элемента.На рисунке 3.14 представлены изображения УФ источника на основе лампы ДДС-30,полученные с помощью алмазного АМФД 64×64.3.4.2.3 Матричный АМФД 128×128 с мультиплексором ISC 9705 INDIGOАлмазный чувствительный элемент изготовлялся согласно технологии описанной вразделе 3.3Далее, чувствительный элемент помещалсяна стенд и подключалсяс помощью зондов кизмерительной аппаратуре.
Нами были измерены спектральные ивольтамперные характеристикиотдельныхРис. 3.15 Типичные вольтампикселей.перные характеристики наСначала были выбоРис. 3.16 Относительнаяпримере трёх произвольныхспектральная характеристика, рочно сняты вольтампикселей. 1 – темновыеалмазного элемента форматом перные характеристикивольтамперные характери128×128 при смещении 40 В. с пятидесяти пикселейстики; 2 – световые вольтамиз разных областейперные характеристики.матрицы.Измеренияпроводились для определения работоспособности алмазного чувствительного элемента иоптимального напряжения смещения.Типичные вольтамперные характеристики на примере трёх произвольных пикселейпредставлены на рисунке 3.15.Мы выбрали напряжение смещения 40 В.
Типичная спектральная характеристика пиксела алмазного элемента при этом смещении приведена на рисунке 3.16.Матричный фотоприёмник собирался по технологии, описанной в разделе 3.3На рис. 3.17 представлено изображение УФ источника на основе лампы ДДС-30, полученные с помощью алмазного матричного фотоприёмника 128×128.19На этом рисунке хорошо видна тень от непрозрачного экрана.Рис. 3.17 Изображение круглого УФ источника, полученное с помощью матричРис.3.18 Гистограмма дляного фотоприёмникаопределения геометрическо128×128 на основе алмаза, 1го шума.– тень от экрана, 2 – изображение источникаНеравномерность чувствительности по площади матричного фотоприёмника (геометрического шума) характеризуется гистограммой (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
