红外探测器薄膜激光退火系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种红外探测器薄膜激光退火系统，包括激光器、扩束准直镜、光阑、高反镜、整形镜、平凸柱面镜、载物台和位移平台；红外探测器放置在载物台的表面，载物台安装在位移平台上；激光器、扩束准直镜和光阑位于同一直线上，整形镜、平凸柱面镜和载物台位于同一直线上；激光器产生的激光光束依次经过扩束准直镜和光阑后入射到高反镜，激光光束经高反镜的反射后改变方向，并依次经过整形镜和平凸柱面镜后入射到载物台上的红外探测器的薄膜表面。本实用新型专利技术具有加工时间短、效率高、工艺成本低、且不会影响芯片性能的特点。

【技术实现步骤摘要】
红外探测器薄膜激光退火系统
本技术涉及红外探测器加工
，具体涉及一种红外探测器薄膜激光退火系统。
技术介绍
红外探测器分为制冷型和非制冷型，其中制冷型红外探测器在工作状态时，需要使用液氮对其进行制冷处理，使用和维护费用昂贵；非制冷型红外探测器可以在常温下正常工作，使用及维护费用较低，所以现在应用市场上的红外探测器主要为非制冷型红外探测器。红外探测器的主要部件为红外探测芯片，芯片制作时，依次制备底部读出电路层，牺牲层，悬空桥，最后在悬空桥上制备氧化钒薄膜，由于初始制备的氧化钒薄膜方阻较大，结晶特性较差，所以需要对其进行退火处理，改善薄膜的结晶特性，降低薄膜方块电阻，提高薄膜的电阻温度系数。传统的退火方式是退火炉中进行的，退火炉的参数主要有氛围、压强、加热温度、加热时间等，将红外探测芯片放入退火炉后设置退火参数，然后对芯片进行烘烤处理，这种退火方式的时间长，成本高，退火效率低。由于芯片底部读出电路层中的导线为铝导线，加热温度过高的时候，导线容易变形以及熔化，严重影响芯片的性能。
技术实现思路
本技术所要解决的是传统的退火方式存在退火效率低和影响芯片性能的问题，提供一种红外探测器薄膜激光退火系统。为解决上述问题，本技术是通过以下技术方案实现的：红外探测器薄膜激光退火系统，包括激光器、扩束准直镜、光阑、高反镜、整形镜、平凸柱面镜、载物台和位移平台；红外探测器放置在载物台的表面，载物台安装在位移平台上；激光器、扩束准直镜和光阑位于同一直线上，整形镜、平凸柱面镜和载物台位于同一直线上；激光器产生的激光光束依次经过扩束准直镜和光阑后入射到高反镜，激光光束经高反镜的反射后改变方向，并依次经过整形镜和平凸柱面镜后入射到载物台上的红外探测器的薄膜表面。作为改进，上述红外探测器薄膜激光退火系统，还进一步包括真空腔室，载物台放置在该真空腔室内。作为进一步改进，真空腔室内通入氩气、氦气或空气。上述方案中，位移平台为XYZ三轴位移平台。上述方案中，激光器、扩束准直镜和光阑位于水平直线上，整形镜、平凸柱面镜和载物台位于垂直直线上。上述方案中，激光器射出的激光的波长为266nm、308nm或355nm。与现有技术相比，本技术使用激光加热样品表面实现退火过程，具有如下特点：1、加工时间短，效率高；2、加工氛围可以在大气环境下进行，节约退火工艺成本；3、加工过程易于控制，可以根据氧化钒薄膜的具体使用要求，灵活设计退火处理方案；4、退火过程不会损伤底部读出电路。附图说明图1为红外探测器薄膜激光退火系统的原理示意图。图中标号：1、激光器；2、扩束准直镜；3、光阑；4、高反镜；5、整形镜；6、平凸柱面镜；7、真空腔室；8、载物台；9、位移平台。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案、优点更加的清楚，以下内容结合具体操作实例，对本技术进一步详细的说明。一种红外探测器薄膜激光退火系统，如图1所示，包括激光器1、扩束准直镜2、光阑3、高反镜4、整形镜5、平凸柱面镜6、真空腔室7、载物台8和位移平台9。红外探测器放置在载物台8的表面。红外探测器及载物台8可以放置在大气环境中，此时无需设置真空腔室7；也可以设置在真空腔室7内，此时需要增设真空腔室7。在本技术优选实施例中，红外探测器及载物台8均设在真空腔室7内。真空腔室7是激光退火氛围控制装置，装置中可以通入氩气、氦气或空气等。位移平台9既可以位于真空腔室7内，此时，仅红外探测器和载物台8设置在位移平台9上；位移平台9又可以位于真空腔室7外，此时，红外探测器、载物台8和真空腔室7均设置在位移平台9上。位移平台9为XYZ三轴位移平台9。通过位移平台9控制载物台8及其红外探测器在XY轴方向的运动，能够实现激光退火方式控制。根据激光光斑长度，设置X轴方向上a的大小，可以调节激光退火的重叠率，同时X轴上运动的总长度c和Y轴上运动的总长度b可以根据退火样品的实际大小进行合理设定，由此可以自由设置退火方式。通过位移平台9控制载物台8及其红外探测器在Z轴方向的运动，能够调节激光退火的焦点位置。激光器1、扩束准直镜2和光阑3位于同一直线上，整形镜5、平凸柱面镜6和载物台8位于同一直线上，上述两条直线呈一定夹角。在本技术优选实施例中，激光器1、扩束准直镜2和光阑3位于水平直线上，整形镜5、平凸柱面镜6和载物台8位于垂直直线上，此时高反镜4与入射光的夹角为45°，与出射光的夹角也为45°。激光器1产生的激光光束依次经过扩束准直镜2和光阑3后入射到高反镜4，激光光束经高反镜4的反射后改变方向，并依次经过整形镜5和平凸柱面镜6后入射到载物台8上的红外探测器的薄膜表面。激光器1所产生的激光波长为266nm、308nm或355nm，激光脉宽为1ns～200ns，激光输出功率为50～10000mW，激光扫描速率为10mm/s～1000mm/s，激光重复频率为1～200KHz。本技术的工作过程如下：搭建光路系统，激光器1的激光光束水平射出，先通过扩束准直镜2的轴心，再经过光阑3的中心，然后以45°角入射到高反镜4。激光光束经过高反镜4后由水平方向变为垂直方向射出，并依次通过整形镜5和平凸柱面镜6的中心，最后照射在载物台8上的红外探测器样品的薄膜表面。光路搭建完毕以后，将样品放置在载物台8上，激光的功率调至最小，控制XYZ位移平台9的运动，寻找样品在水平方向的合适激光照射位置。调节激光功率至合适的大小，控制XYZ位移平台9的运动，根据实际的打样效果寻找样品在垂直方向的最佳的激光照射位置，也就是焦点位置，同时根据打样的显微镜图片进行光路校准，然后再进行打样，观察显微镜打样痕迹，校准光路，直至光路校准完成。当光路校准完成的时候，改变激光功率，使用不同的激光功率对氧化钒薄膜进行打样，测试样品电学特性，根据电学特性数据，优化激光参数。使用优化后的激光参数对样品进行退火处理，处理完成后再进行一次电学特性测试，记录数据，退火完成。使用激光对氧化钒薄膜进行退火处理，改善薄膜结晶特性，降低薄膜室温电阻，提高薄膜的电阻温度系数，提高氧化钒薄膜与标准半导体工艺的兼容性。使用激光加热样品表面实现退火过程，其主要优点包括：①局域加热特性。激光的加热深度由激光在材料中的穿透深度决定，选择合适的波长可将加热深度控制在于表面数纳米至数微米之间。②升降温快、退火时间短。脉冲激光可以实现几千摄氏度脉秒的升降温速度。同时，退火时间可由激光器1的脉宽决定，如果激光器1脉宽为纳秒量级，则意味着退火时间也在纳秒量级。③退火温度可控。原则上讲，激光退火时样片的表面温度由能量密度决定，其计算公式为：能量密度＝激光功率/(频率*光斑面积)，单位为J/cm2。它是激光退火工艺中最为重要的参数之一，决定了单个脉冲内施加到样品表面的能量，进而决定着热量分布以及温度分布，并决定着工艺结果。因此，通过控制功率可以实现退火温度的可控。④工艺灵活性好。通过光学元件及系统调整输出光斑的形状及能量分布是直接影响热量扩散、温度分布和应力特性的关键，这增加了工艺的灵活性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
红外探测器薄膜激光退火系统，其特征在于：包括激光器(1)、扩束准直镜(2)、光阑(3)、高反镜(4)、整形镜(5)、平凸柱面镜(6)、载物台(8)和位移平台(9)；红外探测器放置在载物台(8)的表面，载物台(8)安装在位移平台(9)上；激光器(1)、扩束准直镜(2)和光阑(3)位于同一直线上，整形镜(5)、平凸柱面镜(6)和载物台(8)位于同一直线上；激光器(1)产生的激光光束依次经过扩束准直镜(2)和光阑(3)后入射到高反镜(4)，激光光束经高反镜(4)的反射后改变方向，并依次经过整形镜(5)和平凸柱面镜(6)后入射到载物台(8)上的红外探测器的薄膜表面。

【技术特征摘要】
1.红外探测器薄膜激光退火系统，其特征在于：包括激光器(1)、扩束准直镜(2)、光阑(3)、高反镜(4)、整形镜(5)、平凸柱面镜(6)、载物台(8)和位移平台(9)；红外探测器放置在载物台(8)的表面，载物台(8)安装在位移平台(9)上；激光器(1)、扩束准直镜(2)和光阑(3)位于同一直线上，整形镜(5)、平凸柱面镜(6)和载物台(8)位于同一直线上；激光器(1)产生的激光光束依次经过扩束准直镜(2)和光阑(3)后入射到高反镜(4)，激光光束经高反镜(4)的反射后改变方向，并依次经过整形镜(5)和平凸柱面镜(6)后入射到载物台(8)上的红外探测器的薄膜表面。2.根据权利要求1所述红外探测器薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海鸥，丁志华，首照宇，李琦，陈永和，张法碧，李思敏，高喜，傅涛，王晓峰，潘岭峰，张紫辰，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：新型
国别省市：广西,45