專(zhuān)利名稱(chēng)：一種碲鎘汞陽(yáng)極氧化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及在半導(dǎo)體材料的表面形成絕緣層，特別是在碲鎘汞紅外探測(cè)器的表面制備鈍化膜的一種裝置。
在碲鎘汞器件的制備過(guò)程中，陽(yáng)極氧化是減少表面復(fù)合中心，改善表面特性，增加器件可靠性與穩(wěn)定性的普遍方法。然而，傳統(tǒng)的陽(yáng)極氧化一般采用的是恒定電流密度(P.C.Catangus and C.T.Baker，U.S.Patent No.3997018，1976)，由此生長(zhǎng)的碲鎘汞陽(yáng)極氧化膜相對(duì)比較疏松，電阻率較低，而且許多研究結(jié)果還表明，陽(yáng)極氧化膜/碲鎘汞基體界面處存在嚴(yán)重的缺汞區(qū)，被認(rèn)為是造成表面態(tài)，增加表面復(fù)合速度的主要因素。并且通常碲鎘汞樣品在陽(yáng)極氧化時(shí)要在樣品上焊一電極，再用絕緣材料將裸露的金屬保護(hù)起來(lái)，以免漏電，然后置于氧化液中。還有一種做法是采用真空吸片，金屬探針從真空盒中探到樣品。這兩種做法都有不利之處，前者較為繁瑣，而且引入的損傷較大，后者則裝置較為復(fù)雜，且不適合光導(dǎo)器件做薄片氧化。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能獲得優(yōu)于傳統(tǒng)恒流方式生長(zhǎng)的碲鎘汞陽(yáng)極氧化膜界面的脈沖式碲鎘汞陽(yáng)極氧化裝置。
本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案達(dá)到由脈沖式陽(yáng)極氧化電源和點(diǎn)觸式陽(yáng)極氧化槽構(gòu)成的碲鎘汞陽(yáng)極氧化裝置，其脈沖式陽(yáng)極氧化電源能提供正向和負(fù)向恒電流，而且正向電流幅度I+、負(fù)向電流幅度I-、正向電流脈沖寬度t+、負(fù)向電流脈沖寬度t-均可調(diào)節(jié)。而點(diǎn)觸式陽(yáng)極氧化槽則提供了點(diǎn)觸式非焊電極形式用探針將樣品的電極引出，其陰極為做成直角狀的石墨電極。
本實(shí)用新型具有如下有益效果
1.本裝置可以進(jìn)行脈沖氧化，脈沖氧化生長(zhǎng)的碲鎘汞氧化膜表面的缺陷密度明顯比恒流氧化的低，而且基本上消除了表面的機(jī)械劃傷，采用脈沖式陽(yáng)極氧化生成的介質(zhì)膜的表面復(fù)合速度明顯低于恒流氧化膜的表面復(fù)合速度。
2.選擇合適的正負(fù)脈沖電流幅度可以使表面復(fù)合速度降得最小。
3.本裝置除了可以進(jìn)行脈沖氧化外，還可以進(jìn)行正向大片恒流氧化、正向小片恒流氧化、負(fù)向小電流電化學(xué)腐蝕以及恒壓氧化。
4.陽(yáng)極氧化槽的陰極石墨電極做成直角狀，以保證陽(yáng)極氧化時(shí)電場(chǎng)的均勻性。
5.本裝置的陽(yáng)極氧化的探針電極，使用時(shí)只需要將探針探到樣品邊緣某一點(diǎn)上，在通入電流后，由于銦球被氧化，很快就包住了裸露的電極部分，因而不會(huì)發(fā)生漏電。避免了傳統(tǒng)的焊接引起的表面受熱、表面損傷，具有減少沾污、操作方便、觸點(diǎn)小、損傷低、可靠實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例詳加說(shuō)明。


圖1為本實(shí)用新型的原理框圖。
圖2為本實(shí)用新型的脈沖式陽(yáng)極氧化電源的原理框圖。
圖3為本實(shí)用新型的脈沖式陽(yáng)極氧化電源的電路原理圖。
圖4為本實(shí)用新型的脈沖式陽(yáng)極氧化電源的電流輸出圖。
圖5為本實(shí)用新型的陽(yáng)極氧化槽示意圖。
圖6為采用光電導(dǎo)衰退法測(cè)量脈沖方式和恒流方式生長(zhǎng)的碲鎘汞陽(yáng)極氧化膜的表面復(fù)合速度比較圖。
圖7為采用光電導(dǎo)衰退法測(cè)量脈沖方式生長(zhǎng)的碲鎘汞陽(yáng)極氧化膜的表面復(fù)合速度隨脈沖電流的變化圖。
參見(jiàn)圖1至圖3，本實(shí)用新型的脈沖式陽(yáng)極氧化電源1主要由多路直流穩(wěn)壓電路101、脈沖發(fā)生電路102、放大電路103、恒流電路104和按鍵開(kāi)關(guān)105五個(gè)部分組成。
多路直流穩(wěn)壓電路101是將220伏交流電壓經(jīng)變壓器T、橋式整流管B1～B3、濾波電容C1～C5、7805和7809三端穩(wěn)壓器后分另提供直流電壓60伏給放大電路103、9伏給NE555、5伏給數(shù)字電壓表頭V。K1、L1分別為電源開(kāi)關(guān)和指示燈。
以集成塊為中心的脈沖發(fā)生電路102，由NE555集成塊、電阻R1、R4、電位器R2、R3和電容C6、C7構(gòu)成無(wú)穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生0到9伏的電壓脈沖信號(hào)，脈沖寬度通過(guò)電位器R2和R3調(diào)節(jié)，R1和R4為保護(hù)電阻。D1為保護(hù)二極管，K2、L2分別為該部分的開(kāi)關(guān)和指示燈。
由脈沖發(fā)生電路102產(chǎn)生的電壓脈沖信號(hào)進(jìn)入放大電路103，放大電路103采用三只中功率三極管Q1～Q3、三只嵌位二極管D4～D6、保護(hù)二極管D7，將信號(hào)放大并使輸出電壓脈沖信號(hào)嵌位在±30伏。R7和R8為偏置電阻，C8和C9為隔直電容。
放大后的電壓提供給恒流電路部分工作，恒流電路104主要包括兩只恒流管I1、I2，電容C10、C11和電阻或電位器R9～R14。D2、D3為保護(hù)二極管，L3、L4為正反向電流指示燈。正反向電流通過(guò)電位器R10、R14調(diào)節(jié)。
參見(jiàn)圖3按鍵開(kāi)關(guān)105中的A～F六個(gè)端點(diǎn)連接，作為“+”、“P”、“-”三種狀態(tài)的選擇，其常態(tài)處于彈開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)“C”與“D”端連通；“+”鍵按下時(shí)，“C”與“D”端斷開(kāi)，而“C”與“E”端連通，“A”與“D”端連通，此時(shí)多路直流穩(wěn)壓電路101和恒流電路104工作，正向恒流由恒流管I1提供給樣品；當(dāng)“-”鍵按下時(shí)，“C”與“D”端接通，“A”與“E”端連通，此時(shí)多路直流穩(wěn)壓電路101和恒流電路104工作，負(fù)向恒流由恒流管I2提供給樣品；當(dāng)“P”鍵按下時(shí)，“C”與“D”、“B”與“E”、“C”與“F”端分別連通，此時(shí)多路直流穩(wěn)壓電路101、脈沖發(fā)生電路102、放大電路103和恒流電路104四個(gè)部分均工作，脈沖電流由恒流管I1和I2脈沖式地提供給樣品。
另外，圖3中mA、μA為電流表，作為正反向電流指示，V為數(shù)字電壓表，用于監(jiān)視碲鎘汞樣品上陽(yáng)極氧化膜的生長(zhǎng)速率與厚度，R5、R6、R16為分壓電阻和電位器，R15為取樣電阻，K3～K6為開(kāi)關(guān)。
本實(shí)用新型的脈沖式陽(yáng)極氧化電源最終輸出的脈沖電流波形請(qǐng)參見(jiàn)圖4，正反向脈沖電流I+、I-通過(guò)電位器R10、R14調(diào)節(jié)，正反向脈沖時(shí)間t+、t-通過(guò)電位器R2和R3調(diào)節(jié)。
本裝置除了可以進(jìn)行脈沖氧化外，還可以進(jìn)行正向大片恒流氧化、正向小片恒流氧化、負(fù)向小電流電化學(xué)腐蝕以及恒壓氧化，下面對(duì)各種情況按步驟進(jìn)行說(shuō)明。
1.初始狀態(tài)為K1、K2、K5均“OFF”狀態(tài)，K3處“調(diào)試”狀態(tài)，K4處“mA”狀態(tài)，K6處“恒流”接R6狀態(tài)，按鍵開(kāi)關(guān)105處彈起狀態(tài)。
2.打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)K1，此時(shí)電源指示燈L1亮。
3.(1)脈沖氧化a)D、H端接入待氧化的碲鎘汞樣品，D、G端接示波器。
b)按下按鍵開(kāi)關(guān)105的“+”，此時(shí)“C”與“E”、“A”與“D”端連通，多路直流穩(wěn)壓電路101和恒流電路104工作，L3亮，調(diào)節(jié)R10至所需的正向電流I+，用電流表mA觀測(cè)。
c)按下按鍵開(kāi)關(guān)105的“-”，此時(shí)“C”與“D”、“A”與“E”端連通，多路直流穩(wěn)壓電路101和恒流電路104工作，L4亮，K4撥向“μA”，調(diào)節(jié)R14至所需的反向電流I-，用電流表μA觀測(cè)。然后K4撥回“mA”。
d)按下按鍵開(kāi)關(guān)105的“P”，此時(shí)“C”與“D”、“B”與“E”、“C”與“F”端連通，多路直流穩(wěn)壓電路101、脈沖發(fā)生電路102、放大電路103和恒流電路104四個(gè)部分均工作，打開(kāi)K2，L2亮，調(diào)節(jié)R2、R3至所需的正反向脈沖時(shí)間t+、t-，用示波器觀測(cè)。
e)打開(kāi)K5，K3撥向“碲鎘汞”，開(kāi)始脈沖氧化，此時(shí)脈沖電流由恒流管I1和I2脈沖式地提供。
(2)正向大片恒流氧化a)D、H端接入待氧化的碲鎘汞樣品。
b)按下按鍵開(kāi)關(guān)105的“+”，L3亮，調(diào)節(jié)R10至所需的電流。
c)打開(kāi)K5，K3撥向“碲鎘汞”，開(kāi)始正向大片恒流氧化，此時(shí)正向恒流由恒流管I1提供。
(3)正向小片恒流氧化a)D、H端接入待氧化的碲鎘汞樣品，注意，此時(shí)配合使用I-，電極要反接。
b)按下按鍵開(kāi)關(guān)105的“-”，L4亮，K4撥向“μA”，調(diào)節(jié)R14至所需電流。
c)打開(kāi)K5，K3撥向“碲鎘汞”，開(kāi)始正向小片恒流氧化，此時(shí)負(fù)向恒流由恒流管I2提供。
(4)負(fù)向小電流電化學(xué)腐蝕a)D、H端接入待腐蝕的碲鎘汞樣品。
b)按下按鍵開(kāi)關(guān)105的“-”，L4亮，K4撥向“μA”，調(diào)節(jié)R14至所需電流。
c)打開(kāi)K5，K3撥向“碲鎘汞”，開(kāi)始負(fù)向小電流電化學(xué)腐蝕。
(5)恒壓氧化a)D、H端接入待腐蝕的碲鎘汞樣品。
b)K6撥向“恒壓”接R16。
c)打開(kāi)K5，調(diào)節(jié)R16至所需電壓。
d)K3撥向“碲鎘汞”，開(kāi)始恒壓氧化。
本發(fā)明的脈沖陽(yáng)極氧化裝置的另一重要組成部分為陽(yáng)極氧化槽，采用點(diǎn)觸式非焊電極的方法將碲鎘汞的電極引出，參見(jiàn)圖5。石墨電極201作為陽(yáng)極氧化的陰極，采用磷銅絲制成的彈性探針電極202，針的頭部焊上很少一點(diǎn)銦球，其余部分用絕緣材料保護(hù)起來(lái)，槽中加入陽(yáng)極氧化液3，探針電極202與碲鎘汞樣品4接觸，作為陽(yáng)極氧化的陽(yáng)極。使用時(shí)只需將探針探到樣品邊緣某一點(diǎn)上，在通入電流后，由于銦球被氧化，很快就包住了裸露的電極部分，因而不會(huì)發(fā)生漏電。這樣，該裝置就避免了傳統(tǒng)的焊接引起的表面受熱、表面損傷以及隨之引起的附加表面處理過(guò)程中帶來(lái)的損傷，具有減少沾污、操作方便、觸點(diǎn)小、損傷低、可靠實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。石墨電極201做成直角狀與陽(yáng)極氧化樣品相平行是為了保證陽(yáng)極氧化時(shí)電場(chǎng)的均勻性。
采用的陽(yáng)極氧化液3為常規(guī)配比的0.1M KOH＋90％乙二醇+10％H2O。表1為采用掃描電子顯微鏡觀測(cè)的不同條件下生長(zhǎng)的碲鎘汞陽(yáng)極氧化膜的表面狀況比較。
由表1中可以發(fā)現(xiàn)，脈沖氧化生長(zhǎng)的碲鎘汞氧化膜表面的缺陷密度明顯地比恒流氧化的低，而且基本上消除了表面的機(jī)械劃傷，恒流氧化后補(bǔ)充恒壓處理，可以改善缺陷狀況，相比之下，在脈沖氧化后再進(jìn)行的恒壓氧化，效果并不明顯。設(shè)計(jì)人還采用光電導(dǎo)衰退法測(cè)量了不同脈沖生長(zhǎng)條件下碲鎘汞陽(yáng)極氧化膜的表面復(fù)合速度，圖6為脈沖氧化和恒流氧化生長(zhǎng)的碲鎘汞陽(yáng)極氧化膜的表面復(fù)合速度比較，圖中標(biāo)以斜線矩形條5為恒流方式生長(zhǎng)的碲鎘汞陽(yáng)極氧化膜的表面復(fù)合速度，實(shí)線矩形條6為脈沖方式生長(zhǎng)的碲鎘汞陽(yáng)極氧化膜的表面復(fù)合速度，可見(jiàn)采用脈沖式陽(yáng)極氧化生成的介質(zhì)膜的表面復(fù)合速度要明顯低于恒流氧化的表面復(fù)合速度。設(shè)計(jì)人還測(cè)量了采用不同正負(fù)脈沖電流幅度生成的氧化膜的表面復(fù)合速度，見(jiàn)圖7，圖中曲線7為負(fù)向脈沖電流為40μA時(shí)碲鎘汞陽(yáng)極氧化膜的表面復(fù)合速度隨正向脈沖電流的變化，曲線8為負(fù)向脈沖電流為50μA時(shí)碲鎘汞陽(yáng)極氧化膜的表面復(fù)合速度隨正向脈沖電流的變化，可見(jiàn)選擇合適的正負(fù)脈沖電流幅度可以使表面復(fù)合速度降得最小。
權(quán)利要求1.一種碲鎘汞陽(yáng)極氧化裝置，包括電源與氧化槽，其特征在于由脈沖式陽(yáng)極氧化電源(1)和點(diǎn)觸式陽(yáng)極氧化槽(2)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的碲鎘汞陽(yáng)極氧化裝置，其特征在于所說(shuō)的脈沖式陽(yáng)極氧化電源(1)由多路直流穩(wěn)壓電路(101)、脈沖發(fā)生電路(102)、放大電路(103)、恒流電路(104)和按鍵開(kāi)關(guān)(105)組成，其具體結(jié)構(gòu)為(a)多路直流穩(wěn)壓電路(101)由變壓器T、橋式整流管B1、B2、B3、濾波電容C1～C5、7805和7809三端穩(wěn)壓器組成，分別提供直流電壓60伏給放大電路(103)、9伏給脈沖發(fā)生電路(102)、5伏給數(shù)字電壓表頭V；(b)脈沖發(fā)生電路(102)用NE555集成塊、電阻R1、R4、電位器R2、R3和電容C6、C7構(gòu)成無(wú)穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生0到9伏的電壓脈沖信號(hào)，脈沖寬度通過(guò)電位器R2、R3調(diào)節(jié)；(c)放大電路(103)采用三只中功率三極管Q1～Q3以及三只鉗位二極管D4～D6，將脈沖發(fā)生電路的電壓信號(hào)放大并使輸出電壓脈沖信號(hào)鉗位在±30伏，放大后的電壓提供給恒流電路(104)工作；(d)恒流電路(104)由二個(gè)恒流管I1、I2、電容C10、C11和電阻或電位器R9～R14構(gòu)成，正反向電流通過(guò)電位器R10、R14調(diào)節(jié)；(e)按鍵開(kāi)關(guān)(105)的常態(tài)處于彈開(kāi)狀態(tài)，共具有三個(gè)按鍵，“+”鍵按下時(shí)“C”與“E”、“A”與“D”端連通，此時(shí)多路直流穩(wěn)壓電路(101)和恒流電路(104)工作，正向恒流由恒流管I1提供給樣品；“-”鍵按下時(shí)“C”與“D”、“A”與“E”端連通，此時(shí)多路直流穩(wěn)壓電路(101)和恒流電路(104)工作，負(fù)向恒流由恒流管I2提供給樣品；“P”鍵按下時(shí)“C”與“D”、“B”與“E”、“C”與“F”端連通，此時(shí)多路直流穩(wěn)壓電路(101)、脈沖發(fā)生電路(102)、放大電路(103)和恒流電路(104)四個(gè)部分均工作，脈沖電流由恒流管I1和I2脈沖式地提供給樣品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的碲鎘汞陽(yáng)極氧化裝置，其特征在于所說(shuō)的點(diǎn)觸式陽(yáng)極氧化槽(2)的陰極用石墨材料做成，石墨電極(201)做成直角狀，以與陽(yáng)極氧化樣品相平行；通過(guò)用磷銅絲制成一彈性探針電極(202)，針的頭部焊上很小一點(diǎn)銦球，其余部分用絕緣材料保護(hù)，在陽(yáng)極氧化液中接通氧化樣品作為陽(yáng)極氧化槽(2)的陽(yáng)極。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種由脈沖式陽(yáng)極氧化電源和點(diǎn)觸式陽(yáng)極氧化槽構(gòu)成的陽(yáng)極氧化裝置，采用多路直流穩(wěn)壓電源提供電壓，經(jīng)脈沖發(fā)生電路并放大后提供給恒流管作工作電壓，最終輸出正負(fù)脈沖電流；陽(yáng)極氧化槽采用點(diǎn)觸式非焊電極的方式將樣品的電極引出。該裝置用于碲鎘汞紅外探測(cè)器表面鈍化膜的制備工藝，獲得了優(yōu)于傳統(tǒng)恒流方式生長(zhǎng)的碲鎘汞陽(yáng)極氧化膜界面，基本上消除了表面的機(jī)械劃傷，明顯改善了缺陷狀況和降低了表面復(fù)合速度。
文檔編號(hào)H01L21/02GK2218978SQ9423859
公開(kāi)日1996年1月31日 申請(qǐng)日期1994年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月27日
發(fā)明者龔海梅, 方家熊, 李言謹(jǐn), 胡曉寧, 張紅梅, 鄒明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所