Диссертация (1090210), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Затем алмазные пластины загружалисьв специальную фторопластовую оснастку с пронумерованными ячейками, ипроисходит обработка согласно разработанной технологии.За основу химической обработки была взята химическая обработка, используемая в микроэлектронике для отмывки кремниевых пластин в кипящихрастворах сначала «КАРО», затем «ПАО». При проведении контроля нами были получены хорошие результаты по качеству отмывки.
После проведения нескольких партий, была дополнительно опробована обработка в кипящем хромпике (смесь серной кислоты с калием двухромовокислым и водой). Этот раствор хорошо очищает алмазные пластины и одновременно позволяет снятьграфитизацию после высокотемпературных обработок.2.2.2 Нанесение металлических слоев на алмазную пластинуПри выборе материалов металлических слоев мы учитывали, что детекторы, изготавливаемые на алмазе, состоят из функциональных различных слоев:таких как изолирующие, полупроводниковые, проводящие (металлические)слои. Проводящие слои, в свою очередь, исполняют роль контактных площадок, электродов, с многоуровневой системой межсоединений. Такие слои работают в условиях повышенной влажности и неправильный выбор материаловможет привести к катастрофическим отказам [63], а именно:• замыканиям между уровнями через слой изолятора (особенно это свой-ственно алюминию за счет образования шипов);55• обрывам металлизации на ступеньках рельефа;• изменениям, вплоть до деградации, контактного сопротивления междуотдельными уровнями проводящих материалов вследствие межфазных реакций в твердом состоянии (почти все металлы образуют такие реакции междусобой, например, хром-золото при 200 градусов Цельсия и т.д.);• реакциям взаимодействия между изолирующими слоями двуокисикремния и слоями металлов при повышенных температурах так, хром образуетхрупкую ленку с двуокисью кремния, нарушающую адгезию и контактныесвойства электродов);•механическим напряжениям в металлических и окисных слоев, приво-дящих в многоуровневых системах к растрескиванию, нарушению адгезии, замыканию между слоями.В связи этим, необходим подбор материалов исключающих появлениевышеизложенных отказов.
Дополнительными требованиями к данным материалам могут быть следующие требования:• наличие низкого значения сопротивления электродов;• хорошая развариваемость по контактным площадкам;• неокисляемость материалов электродов и контактных площадок при по-следующем нанесении разделительного окисла и термообработках, формирующих контакт;• технологичность всех слоев системы.В качестве электродов и контактных слоев к ним в детекторах на основеалмаза мы отдавали предпочтение благородным металлам, таким как платина изолото.
Однако в детекторах с чувствительными элементами, изолированнымиот окружающей среды, широко применяли алюминий.Материалы для электродов и контактных площадок выбирались нами сучетом данных, приведенных в таблице 2.1, где представлены применяемые вразработках детекторов на алмазе материалы [63,64] с их технологическимиособенностями.56Из таблицы 2.1 видно, что в качестве основных материалов для элементовдетектора применяют золото, платину, алюминий.Для электродов в качестве основного материала, мы использовали платину.
В качестве адгезионных и барьерных слоев мы под платину применяли тугоплавкие металлы; Ti, Ta, Cr. Лучшими барьерными свойствами обладаютнитриды тугоплавких металлов, такие как TiN, TaN. Наиболее часто применяемыми адгезионными материалами являются хром, титан и тантал. Хром имеетуниверсально хорошую адгезию, как к окисным поверхностям, так и к металлическим пленкам. Но в силу окисляемости тонких пленок хрома, он используется только с толщиной не менее 700 А. В силу высокой степени взаимодействияхрома с двуокисью кремния [63] фотолитография с последующим травлениемхрома нежелательна.
По этой же причине хром деградирует при нанесении нанего двуокиси кремния. Барьерные свойства хрома низкие из-за сильных напряжений пленок и их высокой пористости.Таблица 2.1 Материалы, применяемые в изготовлении детекторов [64]№№ Материал электро-Материал кон-п/п.довтактных площадок конструкцииХром/титан/Золото,«Взрывная» фотолитогра-платинаалюминийфия электродов.Нитрид титана/Золото,Нитрид титана - барьерныйплатинаалюминийслой для платины.1.2.3.Титан/платина4.Тантал/платинаЗолото,алюминийЗолото,алюминийОсобенности технологии иТитан для формированияомического контакта к алмазу.Тантал для формированияомического контакта к алмазу.По технологичности и физическим свойствам представляют интерес пленки тантала, как в качестве адгезионных слоев, так и барьерных. Однако танталявляется температурно-нестабильным материалом, т.к.
обладает свойствами57межзеренного окисления и многими металлами имеет интерметаллические соединения. Однако, при высоких температурах обработки в вакууме, системаалмаз – тантал образует химически стойкое, высокоадгезионное соединениекарбид тантала, что используется при формировании омических контактовэлектродов к алмазу.Пленки титана имеют худшие свойства по технологичности, чем пленкитантала, но лучшие по коррозионной стойкости и находят применение в качестве адгезионных слоев, как для платины, так и золота.Таким образом, оптимальным материалом электродов можно считать платину.
В качестве адгезионного подслоя необходимо выбирать тантал или титан.Для контактных площадок необходимо применить золото, с титаном илинитридом титана в качестве адгезионного подслоя. Однако в детекторах, применяемых в условиях исключающих агрессивные среды, в качестве контактныхплощадок можно использовать алюминий, с последующей разваркой кристаллаалюминиевой проволокой.2.2.3 Технологический процесс изготовления датчиков ультрафиолетовогоизлученияРис.2.4 – Поперечный разрез и вид сверху чувствительного элемента датчикаультрафиолетового излучения.58В результате проведенных работ по изготовлению планарных интегральных датчиков ультрафиолетового излучения нами была выбрана технологии изготовления чувствительного элемента датчика УФ излучения, представленногона рисунке 2.4.Блок – схемы разработанных технологических процессов представлены нарисунках 2.5 и 2.6.На рисунке 2.5 представлена блок-схема технологического процесса изготовления базового чувствительного элемента датчика УФ-излучения на основенапыления контактов через маску.
Последовательность технологических переходов представлена ниже.Рис.2.5 – Блок-схема технологического процесса изготовления базового чувствительного элемента датчика УФ-излучения на основе напыления контактовчерез маску.1. Отбираются алмазные пластины с геометрическими размерами не менее1,5 на 1,5 мм.2. Проводится индивидуальная химическая обработка для каждой пласти-ны.
Химическая обработка заключается в протирке спиртом, обработке пластинв диметилформамиде в ультразвуковой ванне, с последующей обработкой врастворе КАРО, ПАО и промывке в деионизованной воде.3. Проводится первое напыление алюминия толщиной 0,8 мкм на оборот-ную сторону пластины с использованием маски из фольги (см. слой 1, рисунок.592.4).
Точность позиционирования края фольги относительно края пластины неболее 0,2 мм. В результате формируется металлический контакт к обратнойстороне пластины фотоприемника4. Фольга с пластины удаляется.5. Проводится второе напыление двуокись кремния - алюминия суммар-ной толщиной 0,8 мкм на лицевую сторону с использованием маски (см. слой2, рисунок 2.4). При этом формируется контактная площадка для последующейоперации разварки пластины фотодетектора в корпусе.Рис.2.6 – Блок-схема технологического процесса изготовления базовогочувствительного элемента датчика УФ излучения на основе формированияконтактов фотолитографиейПри напылении алюминия происходит подпыл под маску на расстояние(0,1 – 0,2) мм от края маски.
Наличие подпыла обеспечивает плавный, без сту-пеньки, переход между контактной площадкой и поверхностью пластины, чтоважно при последующем напыление очень тонкого слоя платины.606. Фольга с пластины удаляется.7. Проводится напыление платины толщиной (50-100)Ǻ на лицевую сто-рону пластины с использованием маски из фольги (см. слой 3, рисунок 2.4).Точность позиционирования края фольги относительно края пластины не более0,2 мм.8. Фольга с пластины удаляется и проводится контроль отсутствия корот-кого замыкания между нижним и верхним электродами пластины.Далее изготовленный базовый чувствительный элемент датчика УФизлучения передается на сборочные операции.9.
Пластина приклеивается в металлокерамический корпус.10. Проводится разварка пластины.11. Проводится контроль параметров фотодетектора.2.3 Технология сборки алмазных одноэлементных фотоприемников УФдиапазонаНа операцию сборки [65] чувствительный элемент поступает, в виде микрочипа, где в качестве подложки использована пластина из природного алмаза2а типа с габаритными размерами, в среднем, 3,5х3,5х0,25мм. Фотоприёмникиультрафиолетового диапазона, как правило, имеют на рабочей поверхности алмазной пластины, обращенной к источнику излучения, слой платины вакуумного осаждения толщиной порядка 50 Ǻ. На рабочей поверхности, с минимальным размером, диаметром около 100 мкм, высаживается металлический слойконтактной площадки для осуществления снятия выходного сигнала с чувствительного элемента с минимальным омическим сопротивлением.
На обратнойстороне алмазной пластины нанесена сплошная металлическая пленка, обеспечивающая получение надежного омического контакта, со стороны электродаподводящего напряжение смещения.Коммутационные слои на алмазных пластинах мы изготавливали методомвакуумного напыления алюминия толщиной составляющей десятые доли микрометра (0,3-0,8мкм).61Конструктивно, фотоприемные устройства могут быть выполнены в прямоугольных или круглых корпусах. Выбор типа корпуса зависит, в основном,от размера монтажной площадки, формы и габаритных размеров прибора в целом. Монтажная площадка корпуса ДИП-16 имеет площадь 4,0х8,0мм и16 выводов по 8 штук в два ряда. Корпус ТО-8 допускает установку элемента с размерами 4,5х4,5мм и имеет 8 изолированных выводов по периферии.В конкретном случае, при сборке в корпус ДИП-16, начальной операциейявляется установка алмазной пластины в корпус, на посадочное место монтажной площадки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
