Диссертация (1090210), страница 18
Текст из файла (страница 18)
3.29 – Внешний вид установки М-9А.При совмещении частей АМФД микросхема ISC 9705 INDIGO, располагалась на вакуумном присосе предметного стола с контактными индиевыми столбиками направленными вверх, а ФП на противоположной поверхности прижимного устройства (посредством вакуумного присоса инструмента) располагалась индиевыми столбиками навстречу, т.е.
вниз, алмазная пластина линейного фотоприемного устройства. Совмещение «пола» и «потолка» осуществляетсявведением в канал визуального наблюдения полупрозрачного зеркала с призмой, которые, синхронно с опусканием инструмента, отводятся в сторону.Схематично структура гибридной многопиксельной структуры фотоприемников выглядит так, как показано на рисунке 3.30.Практическое изготовление многоэлементного матричного фотоприемногоустройства началось с подбора алмазных пластин, обладающих необходимымисвойствами, в частности: геометрический размер, хотя бы по одной из сторон,должен быть не менее 4,0 мм, минимально достижимая толщина, и не более 0,3мм.В результате исследований был отработан следующий режим сборки,обеспечивающий удовлетворительное качество соединения стыкуемых частей:• механическая нагрузка – 120 Н;• температура стыкуемых частей – 1300 С;• время приложения нагрузки – 5 минут.124Рис.3.30 – Структура гибридной многопиксельной структуры.1 – мультиплексор с матрицей 320×256 пикселей (шаг 30мкм); 2 – внешнийвывод 84-ёх контактного металлокерамического корпуса; 3 – проволочный вывод верхнего контакта подачи напряжения смещения; 4 – многоконтакный линейный фотоприемник на алмазной пластине; 5 – индиевый столбик на контактной площадке матрицы мультиплексора; 6 – индиевый столбик на контактной площадке многоконтактного фотоприемника; 7 – ограничитель высотыусадки и деформации индиевых столбиков под воздействием последующихтехнологических факторов; 8 – металлокерамический корпус многоконтактногофотоприемного устройства; 9 – контактная площадка вывода металлокерамического корпуса.Глубина залегания примесных слоев должна обеспечивать наибольшуючувствительность к излучению в ультрафиолетовом диапазоне длин волн 180 –250 нм.
Желательно, чтобы чувствительность была равномерна по поверхностивсей пластины.Из имеющегося запаса, для изготовления экспериментальных образцовбыли отобраны две пластины 0,08 карата, с размерами 4,48×4,36 мм и толщиной 240 мкм. Концентрация азотной примеси в этой пластине порядка 5,56×1018ат/см3 , край поглощения 219,5нм.В соответствии с технологическим маршрутом, пластины подвергалисьобработке в вакууме, в результате чего на приемной поверхности был нанесенслой платины толщиной порядка 50-70 нм, а на экранной стороне композиция125металлических пленок общей толщиной 0,3 – 0,5 мкм, обеспечивающих максимальную адгезию с золотом по поверхности.
По поверхности золоченого покрытия, методами фотолитографии с высоким разрешением, по фотошаблонам,изготовлен топологический рисунок матричного фотоприемного устройства сшагом 30 мкм.В местах расположения контактных площадок, т.е. в узлах пересечениялиний топологии, высажены индиевые столбики конической формы с размерами у основания порядка 25×25мкм и высотой 3мкм. Топологический рисунокпостроен таким образом, что на алмазной пластине использована площадь потребная лишь для воспроизведения 64×64 пикселей.Следует отметить, что габаритные размеры связаны со структурой ПЗСмультиплексора ISC 9705 INDIGO, выбранного в начале разработки. Форматматрицы мультиплексора 256×320пикселей, использован на 20 %, в силу чегоместо расположения матрицы может быть выбрано вполне произвольно (рисунок 3.31).
Тяготение в установке матрицы фотоприемников имеет место к контактам подачи смещения (рисунок 3.32) на микросхеме выделения сигналов.Рис. 3.31 – Внешний вид АМФД формата 64×64 .В свою очередь, мультиплексор ISC 9705 должен быть сориентирован относительно цоколевки 84-х контактного металлокерамического планарного126корпуса для поверхностного монтажа, по типу PLCC, у которого привязка обозначена «земляным» выводом.Корпус имеет в плане форму квадрата, со стороной 29 мм и монтажнойплощадкой 14×14 мм.; выводные контактные площадки которого, распределены равномерно по 21 штуке на сторону.Рис.3.32 – Контакты смещения, приклеенные к верхнему электроду.Последовательность выполнения монтажно-сборочных операций определена общим маршрутом изготовления матрицы фотоприемников УФ диапазона.Имеется допущение в изменении порядка сборки. Оно состоит в том, что во избежание деформации столбиковых индиевых выводов на финишном этапе разварки внешних проводников с входной стороны матрицы, операцию ультразвуковой микросварки допускается проводить в самом начале.
В этом случае линейка фотоприемников поступает на операцию усадки на мультиплексор с подготовленными проволочными выводами. Обычный порядок сборки следующий:1. усадка матрицы 64×64 фотоприемников на мультиплексор ISC 9705 ме-тодом перевернутого монтажа или flip-chip посредством групповой пайки столбиковых индиевых выводов;2. установка подсборки, состоящей из кремниевого кристалла матрицыПЗС мультиплексора с линейкой фотоприемников на алмазной пластине сверху, в корпус;3.
разварка методами ультразвуковой (рисунок 3.33) и термокомпрессион-ной микросварки проволочных выводов на выходные контактные площадки127корпуса (рисунок 3.34), а также изготовление внешних выводов с входной стороны линейки фотоприемников на выводные контактные площадки корпусапосредством токопроводных клеевых композиций.4. осуществление пылевлагозащиты, защиты от механических поврежде-ний гибридной фотоприемной структуры и герметизация входного окна матричного фотоприемного устройства.Рис.3.33 – Внешний вид установкиРис.
3.34 – Разваренные проволоч-ультразвуковой микросваркиные выводы на выходные контакт-УЗС.М-2,5ные площадки корпуса3.3.5 Технология изготовления алмазных многоэлементныхфотоприемников УФ диапазона формата 128х128Фотошаблоны для изготовления алмазных многоэлементных фотоприемников УФ диапазона формата 128х128 имели те же параметры, что описанные вп.
3.3.4.4, за исключением размера и формата.Технологический маршрут изготовления был аналогичен изложенному вп. 3.3.4.5.Процесс сборки не отличался от описанного в п. 3.3.4.6.3.4 Проведение испытаний АМФД и анализ результатовС помощью стенда [66], исследовались изготовленные по технологии, описанной в разделе 3.2, линейчатый фоточувствительный элемент форматом 64х2128элемента (рисунок 3.12) [33], линейка 64х2, состыкованная с мультиплексоромтипа МК-64 (рисунок 3.10)[33], матрица 64×64 с шагом 50×50 мкм в корпусе«Мамонт» (рисунок 3.25)[33], матричный АМФД 64×64 с мультиплексором ISC9705 INDIGO (рисунок 3.31)[33] и матричный АМФД 128×128 [33,98,100].3.4.1 Исследование основных фотоэлектрических параметров АМФД типалинейки.3.4.1.1 Тестовая планарная линейка 64х2Для измерения фотоэлектрических параметров линейка 64х2 была смонтированы в корпус, на ножки которого были выведены контакты от 18 тестовыхэлементов.Схема и порядок измерения фотоэлектрических параметров АМФД приведена в приложении Б.На рисунке 3.35 показана спектральная чувствительность фотоприемнойлинейки форматом 64×2 элементов на основе природного алмаза.Рис.3.35 – Относительная спектральная характеристика, снятая на 122 пикселе линейчатой многоэлементной структуры при смещении «-25 В».На рисунке 3.36 а, б представлены типичные вольт−амперные характеристики элементов линейки 64×2 на основе алмаза.129На рисунке 3.37 −приведена гистограмма распределения фототока по пикселям при напряжении смещения «40 В» 18-ти элементов линейки 64×2 на основе алмаза при равномерной засветке.а)б)Рис.
3.36 – Типичные вольтамперные характеристики элементов линейки64×2 на основе алмаза, а – встречно штыревая структура; б – линейка с прово-димостью через объём. 1- фоток, 2- темновой токРис. 3.37 – Гистограмма распределения фототока по пикселям в линейки совстречно-штыревой структурой.1306Количество пикселей, шт.54321033,23,33,5Значение фототока, нАРис.3.38 – Гистограмма распределения фототока по пикселям в линейке сосквозной проводимостью.Рассчитанное по этой гистограмме среднее значение фототока равно 7,44нА.
Геометрический шум, рассчитанный как стандартное отклонение от среднего значения равен 23,79%. Что несколько лучше, чем у многоэлементных фотоприёмных устройствах на CdxHgxTex (∼30%).Рассчитанное по этой гистограмме среднее значение фототока равно 3,3нА.
Геометрический шум, рассчитаный как стандартное отклонение от среднего значения равен 1,11%. Что, приближается по значению к кремниевым образцам.Испытания показали, что линейка 64×2 чувствительна к УФ-облучению.Вместе с тем, обнаружены следующие недостатки и ограничения:• Темновой ток встречно-штыревой конструкции линеек является доста-точно большим, что при работе с мультиплексором будет сильно ограничиватьдинамический диапазон;• Наблюдается значительная неоднородность сигналов от различных вы-водов линеек.Большой ток и неоднородность связаны с поверхностными токами утечки.В то же время, чувствительность линейной структуры работающей черезобъём, была выше в шесть раз, при более низком темновом токе.1313.4.1.2 Планарная линейка 64×2, состыкованная с мультиплексоромЛинейка, состыкованная с мультиплексором, показана на рисунке 3.18.Схема и порядок измерения фотоэлектрических параметров АМФД приведена в приложении Б.Испытания показали, что линейки чувствительны к УФ-облучению.Вместе с тем, обнаружены следующие недостатки и ограничения:• Темновой ток планарной конструкции линеек является достаточнобольшим, что ограничивает динамический диапазон;• Наблюдается значительная неоднородность сигналов от различных вы-водов линеек.На рисунке 3.39 приведено напряжение на выходе мультиплексора каквольтамперная характеристика светового тока одной из линеекРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
