一种碲锌镉衬底载具组件的制作方法

1.本发明涉及红外焦平面技术领域，尤其涉及一种碲锌镉衬底载具组件。


背景技术：

2.碲锌镉和碲镉汞晶格常数的匹配性决定了当前红外焦平面探测器的主流工艺是在碲锌镉衬底材料上用液相外延或分子束外延的方法生长碲镉汞薄膜材料，再通过器件工艺制造出探测器阵列。低成本、大面积、双多色焦平面是三代红外焦平面技术研究的重点，而由于液相外延技术无法实现多层异质外延进而无法实现双多色材料外延、材料均匀性较差等无法克服的缺点，分子束外延技术在该领域扮演者越来越重要的角色。虽然碲锌镉衬底的局限性逐渐显现出来，一是难以获得大面积高质量碲锌镉衬底，二是碲锌镉衬底和硅读出电路较大的热膨胀系数的差异造成探测器组件互连可靠性的降低，三是由于碲锌镉本身的物理、化学特性，决定晶体生长难度大、周期长、成品率低，造成单位面积碲锌镉衬底的昂贵价格。但是在众多焦平面探测器中，碲锌镉衬底能与不同波段的hgcdte晶格常数精确匹配，减少了衬底与外延层的失配位错外；与hgcdte外延膜具有化学相容、相近的热膨胀系数，使得红外探测器的抗热循环能力强；高的红外透过率，可以保证红外探测器实现背光照、低噪声、高量子效率；因zn的引入，增加了晶格强度和堆垛层错能，降低了位错密度和形成孪晶的可能性。目前性能最好的碲镉汞红外焦平面探测器都是采用碲锌镉衬底外延的碲镉汞薄膜研制的，是碲镉汞薄膜材料公认的最重要的衬底材料。
3.在生长碲镉汞全过程中，包括预处理、缓冲层生长、外延生长等多个步骤，过程中又伴随着多次高温处理，同时由于碲镉汞生长过程中对温度的均匀性要求极高等苛刻条件。但现有技术中没有能够满足材料生长需要的载具组件。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种碲锌镉衬底载具组件，从而提出一种操作简单，便于安装和摘取，不易引入杂质的衬底载具组件。
5.本发明实施例提供一种碲锌镉衬底载具组件，包括底托1和盖板23；
6.所述底托1上设置有第一凹槽14，所述第一凹槽14的形状与所述盖板23的形状相匹配；
7.所述底托1上还设置有多个第二凹槽11和一个第三凹槽12，各所述第二凹槽11的与待放入其中的碲锌镉衬底21的规格相适配，所述第三凹槽12与待放入其中的样片22的规格相适配；
8.所述盖板23上与所述第三凹槽12相对应的位置开设有第一通孔24，所述第一通孔24用以实现对样片22进行测温，且所述盖板23能够完全覆盖置入各第二凹槽11的碲锌镉衬底21。
9.在一些实施例中，所述盖板23的厚度与所述第一凹槽14的深度对应，以实现所述盖板23置入所述第一凹槽14之后，与所述底托1的外沿齐平。
10.在一些实施例中，所述底托1外沿上还具有至少一组凸起部13，所述凸起部13用以与操纵器上的卡角配合实现固定所述底托1。
11.在一些实施例中，所述底托1采用金属钼材料制成。
12.在一些实施例中，所述盖板23采用硅铝合金材料制成。
13.在一些实施例中，所述盖板23以及所述底托1边沿均设置有倒角。
14.在一些实施例中，各所述第二凹槽11以及所述第三凹槽12为矩形，且各所述第二凹槽11和所述第三凹槽12的四角均设置有倒角。
15.在一些实施例中，所述第三凹槽12设置在所述底托1的中心处。
16.在一些实施例中，所述第二凹槽11的数量为4，且四个所述第二凹槽11的规格相同。
17.本发明实施例通过设置多个第二凹槽用于放置碲锌镉衬底，同时设置第三凹槽用于放置样片，从而在进行测温时可以仅对样片测温即可，操作简单，并且本公开的盖板能够完全覆盖所放置的碲锌镉衬底，保证载具的可靠性，且不容易引入杂质。
18.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
19.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
20.图1为本公开的碲锌镉衬底载具组件的安装示意图；
21.图2为本公开的碲锌镉衬底载具组件局部放大图。
具体实施方式
22.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。
23.本发明实施例提供一种碲锌镉衬底载具组件，如图1所示，包括底托1和盖板23。
24.所述底托1上设置有第一凹槽14，所述第一凹槽14的形状与所述盖板23的形状相匹配。示例性的第一凹槽14的大小可以略大于盖板23的底面积，从而盖板23可以完全嵌入第一凹槽14中。
25.本示例中，所述底托1上还设置有多个第二凹槽11和一个第三凹槽12，各所述第二凹槽11的与待放入其中的碲锌镉衬底21的规格相适配，所述第三凹槽12与待放入其中的样片22的规格相适配。本公开可以放置的衬底数量和尺寸可以根据实际需要设置，可以改变数量与尺寸以适配于不同的衬底。
26.所述盖板23上与所述第三凹槽12相对应的位置开设有第一通孔24，所述第一通孔24用以实现对样片22进行测温，且所述盖板23能够完全覆盖置入各第二凹槽11的碲锌镉衬
底21。
27.现有的外延载具使用的是单次只能生长一片衬底，由于分子束外延生长时间都较长，单片生长浪费大量时间。同时，为了保证每次生长温度控制和均匀性良好，需要使用bandit测温，如果一个衬底上放置多个衬底，不可能每片同时测温。通过本公开的盖板和第三凹槽12与待放入其中的样片22的规格相适配的设计，并通过配合盖板的材料设计能够有效保证整个载具中的衬底的温度的均匀性，从而仅通过对配合样片进行bandit精确测温，实现对置入第二凹槽11的所有碲锌镉衬底21实现测温，极大简化了操作的流程。同时本公开的盖板能够完全覆盖所放置的碲锌镉衬底，保证载具的可靠性，且不容易引入杂质。
28.在一些实施例中，所述盖板23的厚度与所述第一凹槽14的深度对应，以实现所述盖板23置入所述第一凹槽14之后，与所述底托1的外沿齐平。也即盖板23置入所述第一凹槽14之后，盖板23上表面能够与底托1顶面齐平，盖板23不会凸出导致碰坏热偶。通过这样的设计可以使衬底的安装和转移更加的方便，同时可以提高衬底安装的重复性和可靠性，使其在使用过程中不会发生位置的移动甚至掉落、滑落。
29.在一些实施例中，所述底托1外沿上还具有至少一组凸起部13，所述凸起部13用以与操纵器上的卡角配合实现固定所述底托1。例如图1中可以在底托1边缘每隔90
°
设置4个(两组)配合卡在操纵器上的凸起部13卡角。也可以设置6个或者8个从而还可以实现方便调整衬底的放置角度。
30.在一些实施例中，所述底托1采用金属钼材料制成。在一些实施例中，所述盖板23采用硅铝合金材料制成。本公开的碲锌镉衬底载具组件需要满足仅通过对配合样片进行bandit精确测温，实现对置入第二凹槽11的所有碲锌镉衬底21实现测温，同时还需要保证不会导致长时间高温环境出现变形、腐蚀等情况。因此底托1以及盖板23的选材是非常关键的，并不能随意选取或者设置。发明人通过大量研究选取各部件适合的制作材料，创造性提出底托使用高纯的金属钼作为加工材料，盖板23采用硅铝合金材料，从而保证载具的耐高温、导热好、抗腐性能的同时，盖板23的硅铝合金中硅元素能够改善合金的流动性，降低热裂倾向，具有较好的耐腐蚀性及机加工性能，具有中等强度及硬度，使塑性降低，尤其适合作为盖板使用。同时采用硅铝合金作为盖板还改善了衬底温度均匀性，提高了单次生长多片碲锌镉基碲镉汞的材料质量，大大提高了生长效率及成品率。
31.在一些实施例中，所述盖板23以及所述底托1边沿均设置有倒角。通过这样的设置起到了操作便捷，减少多余部件可能对衬底造成损伤的效果。盖板23直接放置在底托的第一凹槽14，与底托完美贴合，不凸起。盖板23也不需要不使用螺钉等固定，防止拧紧螺钉时损坏衬底；盖板紧密贴合衬底背面，固定衬底的同时还可以保持衬底温度一致。
32.在一些实施例中，如图2所示，各所述第二凹槽11以及所述第三凹槽12为矩形，且各所述第二凹槽11和所述第三凹槽12的四角均设置有倒角。第二凹槽11设置为矩形可以与衬底配合，同时凹槽四角的倒角圆弧形能够便于切削。
33.在一些实施例中，所述第三凹槽12设置在所述底托1的中心处。通过设置在中心处的第三凹槽12能够更加便于bandit进行测温，同时还能起到便于第二凹槽11的布局，一举两得。本公开使用的样片为方形，也可以使用其他不同大小不同形状的样片，对应设置第三凹槽12的形状即可。
34.在一些实施例中，所述第二凹槽11的数量为4，且四个所述第二凹槽11的规格相
同。设置4个第二凹槽11能够置入4片碲锌镉衬底21，例如按照90
°
布置，能够提高碲锌镉衬底载具组件的稳定性和温度均匀性。
35.本公开的分子束外延用载具结构简单，便于加工，易于操作，嵌入放置的盖板具有良好的导热性和温度均匀性，无需额外使用固定减少了对衬底的损伤；采用的样片测温方式可以确保工艺重复性，易于bandit实时监控测温，提高了材料质量。
36.本公开还提出碲锌镉衬底载具组件的实施案例包括底托1和盖板23。所述底托1为圆型结构，在边缘每隔90
°
设计有4个配合卡在操纵器上的凸起部13。底托1正面有用于配合放置盖板的第一凹槽14；底托上的第二凹槽和第三凹槽四角设计成了便于切削的圆弧型；底托上共设计了一个用于放置样片的卡槽和四个放置碲锌镉衬底的卡槽。盖板23可以直接放入在底托上的第一凹槽14处，中心处有跟底托对应大小的方孔，便于bandit进行测温。
37.盖板23完全嵌入底托1中，厚度与底托预留卡槽深度相同，不会凸出导致碰坏热偶。通过这样的设计可以使衬底的安装和转移更加的方便，同时可以提高衬底安装的重复性和可靠性，使其在使用过程中不会发生位置的移动甚至掉落、滑落。
38.载具的所有部分均由耐高温、导热好、抗腐蚀材料制成，在本示例中底托使用高纯的金属钼作为加工材料。盖板材料要求具有质量轻、强度及硬度适中的材料，盖板选取硅铝合金作为盖板材料。硅铝合金中硅元素能够改善合金的流动性，降低热裂倾向，具有较好的耐腐蚀性及机加工性能，具有中等强度及硬度，使塑性降低，尤其适合作为盖板使用。
39.底托的整体及盖板的尺寸可以根据实际需要进行调整，具体的结构在此不做一一限定。
40.本示例中四个衬底尺寸均为20mm
×
25mm，本公开的碲锌镉衬底载具组件使用步骤如下：
41.步骤1：将通过标准清洗后的载具放入设备进样室180℃除气两个小时；
42.步骤2：降低至室温后转移进设备生长腔900℃再次除气一个小时，降温后转移回设备进样室
43.步骤3：使用聚四氟乙烯材料加工的镊子将已经清洗过的衬底从mos-ii级无水乙醇中取出，在超净环境下晾干或使用氮气枪吹干后放置在衬底盒中；
44.步骤4：将衬底与样片放在与设备进样室连接的手操箱中；
45.步骤5：在手套箱中，先将载具上的盖板取下放置在一旁待用，使用带有橡胶头的真空吸笔将样片盒中的和衬底盒中的碲锌镉材料依次放入设备进样室中的底托上，轻轻地用盖板覆盖，保证盖板完全嵌入底托；
46.步骤6：确认无误后，将载具转移到设备进样室中待生长；
47.步骤7：生长过程中，使用bandit进行测温；
48.步骤8：生长完成后，取出衬底和样片，样片在下次使用前需再次进行标准清洗。
49.按照本公开的设计，采用高纯钼和硅铝合金作为加工材料后，在具有超高的物理及化学稳定性同时具有较好的机械强度及极佳的导热性；本公开的载具还具有易于安装和摘取等特点，同时本公开的载具还有便于bandit测温的样片和通孔，能够一次性精确采集多片衬底的温度。
50.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而
且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
51.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
52.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。