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钽酸锂(LiTaO<,3>,LT)晶体具有良好的热释电性能,在制造红外热释电探测器阵列过程中,需要利用超薄钽酸锂晶片作为红外热释电探测器件的敏感层。
通过理论计算获得了钽酸锂晶片的电压响应度及噪声电压同探测器单元电容之间的关系,从而确定了钽酸锂薄膜的厚度。通常钽酸锂晶片的厚度远厚于红外热释电探测器件要求的厚度,所以通过薄膜转移的方法,利用键合减薄技术获得需要的超薄钽酸锂薄膜。主要工艺包括:裁片、清洗、聚合物键合、减薄、抛光、剥离、等离子体刻蚀苯并环丁烯(简称BCB)、测试钽酸锂块体和薄膜的介电特性。实验使用的基片是LT晶片、单面抛光的n型(100)硅片,面积为10nm×10mm。在进行聚合物键合时,通过正交设计来安排试验,将原来的大量试验简化为9组试验。通过偏光显微镜对键合后的聚合物薄膜表面形貌的观察,发现在键合过程中恒温温度、恒温时间、升温斜率、匀胶速率是影响键合性能的主要因素。获得了BCB键合的一组最佳参数:恒温温度200℃、恒温时间50s、升温速率2k.s<-1>、匀胶速率2500r.min<-1>。利用铣磨(Grinding)加手工抛光的方法得到钽酸锂薄膜的厚度21.0um、表面粗糙度26.5nm、面形精度为0.21um。采用材料超低频介电特性测试系统和热释电系数测试系统对钽酸锂薄膜的介电特性进行测量,得到LT薄膜相对介电常数(48.3±0.4)、介电损耗(1.76±0.03)×10<-3>、热释电系数(1.6±0.03)×10<-4> Cm<-2>K<-1>。测试表明LT薄膜具有良好的介电特性并且满足红外热释电探测器敏感层的要求。