一种碲镉汞薄膜材料的化学抛光方法与流程

文档序号:11100659
一种碲镉汞薄膜材料的化学抛光方法与制造工艺

本发明涉及红外探测领域,特别涉及一种碲镉汞薄膜材料的化学抛光方法。



背景技术:

红外焦平面探测技术具有光谱响应波段宽、可获得更多地面目标信息、能昼夜工作等显著优点,广泛应用于预警探测、情报侦察、毁伤效果评估以及农牧业、森林资源的调查、开发和管理、气象预报、地热分布、地震、火山活动,太空天文探测等领域。

碲镉汞薄膜材料是高性能红外焦平面探测器的核心材料,制备这种材料的技术方法很多,有液相外延法(LPE)、分子束外延法(MBE)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)法等,其中液相外延法是一种非常成熟的工业化应用的技术。碲镉汞薄膜材料的厚度一般在10-15微米左右。用于红外焦平面制造技术的HgCdTe晶片在表面有着其固有的生长缺陷,HgCdTe表面由于对流而产生具有波浪样式的波纹,在其表面制备的碲镉汞器件与Si读出电路互连不能满足互连要求,需要对碲镉汞表面进行平坦化工艺,即机械抛光、机械化学抛光和化学抛光。碲镉汞(Hg1-xCdxTe)薄膜材料在机械抛光和机械化学抛光在减薄过程中没有选择性,而在化学抛光时由于构成碲镉汞表面的半导体元素具有各向异性,化学抛光液与碲镉汞材料的各元素反应速率不同,造成碲镉汞表面的组分偏差较大,在此材料材料上制备的碲镉汞探测器器件光谱响应均匀性不能满足性能要求。



技术实现要素:

鉴于上述问题,本发明提供一种碲镉汞薄膜材料的化学抛光方法,以解决现有技术中在化学抛光时由于构成碲镉汞表面的半导体元素具有各向异性,化学抛光液与碲镉汞材料的各元素反应速率不同,碲镉汞表面的组分偏差较大的问题。

本发明提供的碲镉汞薄膜材料的化学抛光方法,包括以下步骤:

利用化学抛光液对所述碲镉汞薄膜材料进行N次化学抛光,其中,第i+1次化学抛光的去除厚度小于第i次化学抛光的去除厚度,其中,N≥3,1≤i≤N;

将经过N次化学抛光后的碲镉汞薄膜材料在表面处理液中进行表面处理。

本发明有益效果如下:

本发明实施例通过进行多次化学抛光及在化学抛光后对碲镉汞薄膜材料进行表面处理,解决了现有技术中碲镉汞表面的组分偏差较大的问题,不仅能够降低碲镉汞材料的组分方差,而且使碲镉汞材料的表面极少氧化物甚至无氧化物,从而使碲镉汞探测器器件光谱响应均匀性能够满足性能要求。

附图说明

图1是本发明实施例的碲镉汞薄膜材料的化学抛光方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了解决现有技术中在化学抛光时由于构成碲镉汞表面的半导体元素具有各向异性,化学抛光液与碲镉汞材料的各元素反应速率不同,碲镉汞表面的组分偏差较大的问题,本发明提供了一种碲镉汞薄膜材料的化学抛光方法,以下结合附图以及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不限定本发明。

面对现有技术中在化学抛光时由于构成碲镉汞表面的半导体元素具有各向异性,化学抛光液与碲镉汞材料的各元素反应速率不同,碲镉汞表面的组分偏差较大的问题,可以用两种途径进行解决,一方面需要选择合适的碲镉汞化学抛光液,降低由于化学抛光液对碲镉汞的腐蚀速率不同,带来的表面组分不同的缺陷;另一方面改进碲镉汞的化学抛光方法和后处理方法,降低碲镉汞材料表面的组分方差大小。下面将对本发明碲镉汞薄膜材料的化学抛光方法进行具体的说明。

根据本发明的实施例,提供了一种碲镉汞薄膜材料的化学抛光方法,图1是本发明实施例的碲镉汞薄膜材料的化学抛光方法的流程图,如图1所示,根据本发明实施例的碲镉汞薄膜材料的化学抛光方法包括如下处理:

步骤101,利用化学抛光液对所述碲镉汞薄膜材料进行N次化学抛光,其中,第i+1次化学抛光的去除厚度小于第i次化学抛光的去除厚度,其中,N≥3,1≤i≤N;

步骤102,将经过N次化学抛光后的碲镉汞薄膜材料在表面处理液中进行表面处理。

在利用化学抛光液对所述碲镉汞薄膜材料进行N次化学抛光之前,还包括对所述碲镉汞薄膜材料进行机械抛光和机械化学抛光。

具体的,所述碲镉汞薄膜材料通过外延法制备得到,所述外延法包括但不限于液相外延法、分子束外延法、金属有机化学气相沉积。

利用化学抛光液对所述碲镉汞薄膜材料进行N次化学抛光时,每一次化学抛光均可利用现有技术中化学抛光的方法进行,对此本发明不做特殊限定。

具体的,第i+1次化学抛光的去除厚度小于第i次化学抛光的去除厚度具体为:

第1次化学抛光的去除厚度不超过去除总厚度的50%;

第i+1次化学抛光的去除厚度不超过第i次化学抛光去除厚度的60%。

优选的,所述N为3~6;

第1次化学抛光的去除厚度为去除总厚度的45~50%;

第i+1次化学抛光的去除厚度为第i次化学抛光去除厚度的55~60%。

具体的,所述第i次化学抛光利用的化学抛光液为第一化学抛光液或第二化学抛光液,所述第一化学抛光液为溴与甲醇和乙二醇组成的混合物,所述第二化学抛光液为氨水与双氧水组成的混合物。

更加具体的,所述第一化学抛光液中甲醇与乙二醇的体积比为1:1~1:5,甲醇和乙二醇组成第一混合物,溴在第一混合物中的体积浓度为0.05%~0.5%。

更加具体的,所述第二化学抛光液中氨水与双氧水的体积比为1:5~1:100。

步骤102具体包括以下步骤:

将经过N次化学抛光后的碲镉汞薄膜材料在表面处理液中进行表面处理,处理时间为5~20s。

具体的,将经过N次化学抛光后的碲镉汞薄膜材料在表面处理液中进行表面处理,可以选用将将经过N次化学抛光后的碲镉汞薄膜材料浸泡在表面处理液中的方式。

具体的,所述表面处理液为乳酸与乙二醇按照体积比1:10~1:100组成的混合物,优选的,所述表面处理液为乳酸与乙二醇按照体积比1:40~1:80组成的混合物。

本发明实施例通过进行多次化学抛光及在化学抛光后对碲镉汞薄膜材料进行表面处理,解决了现有技术中碲镉汞表面的组分偏差较大的问题,不仅能够降低碲镉汞材料的组分方差,而且使碲镉汞材料的表面极少氧化物甚至无氧化物,从而使碲镉汞探测器器件光谱响应均匀性能够满足性能要求。利用本发明的化学抛光方法制备得到的碲镉汞薄膜材料已经成功地应用于LW320×256和LW1280×1024碲镉汞焦平面器件上。

为了详细的说明本发明实施例,给出实例1~实例3。

实例1

本发明实施例实例1的碲镉汞薄膜材料的化学抛光方法包括如下处理:

步骤101,利用第一化学抛光液对厚度为14.1405微米的碲镉汞薄膜材料进行4次化学抛光,从第1次化学抛光到第4次化学抛光碲镉汞薄膜材料的去除的厚度依次为1.6604微米、0.9546微米、0.5423微米、0.3152微米。其中,第一化学抛光液为溴与甲醇和乙二醇组成的混合物,甲醇与乙二醇的体积比为1:2,甲醇和乙二醇组成第一混合物,溴在第一混合物中的体积浓度为0.2%。

步骤102,将经过4次化学抛光后的碲镉汞薄膜材料在表面处理液中进行表面处理,处理时间为10s,所述表面处理液为乳酸与乙二醇按照体积比1:40组成的混合物,最终测试获得碲镉汞薄膜材料的组分方差为0.0006。

实例2

本发明实施例实例2的碲镉汞薄膜材料的化学抛光方法包括如下处理:

步骤101,利用第二化学抛光液对厚度为13.6761微米的碲镉汞薄膜材料进行4次化学抛光,从第1次化学抛光到第4次化学抛光碲镉汞薄膜材料的去除的厚度依次为1.5614微米、0.9284微米、0.5323微米、0.3065微米。其中,第二化学抛光液为氨水与双氧水组成的混合物,氨水与双氧水的体积比为1:50。

步骤102,将经过4次化学抛光后的碲镉汞薄膜材料在表面处理液中进行表面处理,处理时间为12s,所述表面处理液为乳酸与乙二醇按照体积比1:60组成的混合物,最终测试获得碲镉汞薄膜材料的组分方差为0.0007。

在其它条件均相同的条件下,如果仅利用第一化学抛光液对厚度为12.4976微米的碲镉汞薄膜材料进行1次化学抛光,去除的厚度为3.8825微米,最终测试获得碲镉汞薄膜材料的组分方差为0.0025。

实例3

本发明实施例实例3的碲镉汞薄膜材料的化学抛光方法包括如下处理:

步骤101,利用化学抛光液对厚度为13.3271微米的碲镉汞薄膜材料进行4次化学抛光,第1次化学抛光和第3次化学抛光利用第一化学抛光液,第2次化学抛光和第4次化学抛光使用第二化学抛光液,从第1次化学抛光到第4次化学抛光碲镉汞薄膜材料的去除的厚度依次为1.7604微米、1.0046微米、0.5732微米、0.3204微米。其中,第一化学抛光液为溴与甲醇和乙二醇组成的混合物,甲醇与乙二醇的体积比为1:3,甲醇和乙二醇组成第一混合物,溴在第一混合物中的体积浓度为0.2%;第二化学抛光液为氨水与双氧水组成的混合物,氨水与双氧水的体积比为1:40。

步骤102,将经过4次化学抛光后的碲镉汞薄膜材料在表面处理液中进行表面处理,处理时间为8s,所述表面处理液为乳酸与乙二醇按照体积比1:80组成的混合物,最终测试获得碲镉汞薄膜材料的组分方差为0.0004。

对比例1:

采用化学抛光液(组成为:甲醇与乙二醇的体积比为1:2,甲醇和乙二醇组成第一混合物,溴在第一混合物中的体积浓度为0.2%)将厚度为10.6400微米的碲镉汞薄膜材料进行1次化学抛光,去除的厚度为3.2174微米,未进行表面处理,最终测试获得碲镉汞薄膜材料的组分方差为0.0030。

对比例2:

采用化学抛光液(氨水与双氧水的按体积比1:50组成的混合物)将厚度为12.4976微米的碲镉汞薄膜材料进行1次化学抛光,去除的厚度为3.8825微米,未进行表面处理,最终测试获得碲镉汞薄膜材料的组分方差为0.0025。

对比例3:

将厚度为12.1514微米的碲镉汞薄膜材料进行2次化学抛光。第一次使用的化学抛光液组成如下:甲醇与乙二醇的体积比为1:3,甲醇和乙二醇组成第一混合物,溴在第一混合物中的体积浓度为0.2%。第二次使用的化学抛光液组成如下:氨水与双氧水组成的混合物,氨水与双氧水的体积比为1:40。每次化学抛光去除的厚度分别为2.0097微米和1.4570微米,未进行表面处理,最终测试获得碲镉汞薄膜材料的组分方差为0.0024。

以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。

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