本實用新型涉及紅外探測器加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種紅外探測器薄膜激光退火系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
紅外探測器分為制冷型和非制冷型，其中制冷型紅外探測器在工作狀態(tài)時，需要使用液氮對其進行制冷處理，使用和維護費用昂貴；非制冷型紅外探測器可以在常溫下正常工作，使用及維護費用較低，所以現(xiàn)在應(yīng)用市場上的紅外探測器主要為非制冷型紅外探測器。紅外探測器的主要部件為紅外探測芯片，芯片制作時，依次制備底部讀出電路層，犧牲層，懸空橋，最后在懸空橋上制備氧化釩薄膜，由于初始制備的氧化釩薄膜方阻較大，結(jié)晶特性較差，所以需要對其進行退火處理，改善薄膜的結(jié)晶特性，降低薄膜方塊電阻，提高薄膜的電阻溫度系數(shù)。
傳統(tǒng)的退火方式是退火爐中進行的，退火爐的參數(shù)主要有氛圍、壓強、加熱溫度、加熱時間等，將紅外探測芯片放入退火爐后設(shè)置退火參數(shù)，然后對芯片進行烘烤處理，這種退火方式的時間長，成本高，退火效率低。由于芯片底部讀出電路層中的導線為鋁導線，加熱溫度過高的時候，導線容易變形以及熔化，嚴重影響芯片的性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型所要解決的是傳統(tǒng)的退火方式存在退火效率低和影響芯片性能的問題，提供一種紅外探測器薄膜激光退火系統(tǒng)。
為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
紅外探測器薄膜激光退火系統(tǒng)，包括激光器、擴束準直鏡、光闌、高反鏡、整形鏡、平凸柱面鏡、載物臺和位移平臺；紅外探測器放置在載物臺的表面，載物臺安裝在位移平臺上；激光器、擴束準直鏡和光闌位于同一直線上，整形鏡、平凸柱面鏡和載物臺位于同一直線上；激光器產(chǎn)生的激光光束依次經(jīng)過擴束準直鏡和光闌后入射到高反鏡，激光光束經(jīng)高反鏡的反射后改變方向，并依次經(jīng)過整形鏡和平凸柱面鏡后入射到載物臺上的紅外探測器的薄膜表面。
作為改進，上述紅外探測器薄膜激光退火系統(tǒng)，還進一步包括真空腔室，載物臺放置在該真空腔室內(nèi)。
作為進一步改進，真空腔室內(nèi)通入氬氣、氦氣或空氣。
上述方案中，位移平臺為XYZ三軸位移平臺。
上述方案中，激光器、擴束準直鏡和光闌位于水平直線上，整形鏡、平凸柱面鏡和載物臺位于垂直直線上。
上述方案中，激光器射出的激光的波長為266nm、308nm或355nm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型使用激光加熱樣品表面實現(xiàn)退火過程，具有如下特點：
1、加工時間短，效率高；
2、加工氛圍可以在大氣環(huán)境下進行，節(jié)約退火工藝成本；
3、加工過程易于控制，可以根據(jù)氧化釩薄膜的具體使用要求，靈活設(shè)計退火處理方案；
4、退火過程不會損傷底部讀出電路。
附圖說明
圖1為紅外探測器薄膜激光退火系統(tǒng)的原理示意圖。
圖中標號：1、激光器；2、擴束準直鏡；3、光闌；4、高反鏡；5、整形鏡；6、平凸柱面鏡；7、真空腔室；8、載物臺；9、位移平臺。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案、優(yōu)點更加的清楚，以下內(nèi)容結(jié)合具體操作實例，對本實用新型進一步詳細的說明。
一種紅外探測器薄膜激光退火系統(tǒng)，如圖1所示，包括激光器1、擴束準直鏡2、光闌3、高反鏡4、整形鏡5、平凸柱面鏡6、真空腔室7、載物臺8和位移平臺9。
紅外探測器放置在載物臺8的表面。紅外探測器及載物臺8可以放置在大氣環(huán)境中，此時無需設(shè)置真空腔室7；也可以設(shè)置在真空腔室7內(nèi)，此時需要增設(shè)真空腔室7。在本實用新型優(yōu)選實施例中，紅外探測器及載物臺8均設(shè)在真空腔室7內(nèi)。真空腔室7是激光退火氛圍控制裝置，裝置中可以通入氬氣、氦氣或空氣等。
位移平臺9既可以位于真空腔室7內(nèi)，此時，僅紅外探測器和載物臺8設(shè)置在位移平臺9上；位移平臺9又可以位于真空腔室7外，此時，紅外探測器、載物臺8和真空腔室7均設(shè)置在位移平臺9上。
位移平臺9為XYZ三軸位移平臺9。通過位移平臺9控制載物臺8及其紅外探測器在XY軸方向的運動，能夠?qū)崿F(xiàn)激光退火方式控制。根據(jù)激光光斑長度，設(shè)置X軸方向上a的大小，可以調(diào)節(jié)激光退火的重疊率，同時X軸上運動的總長度c和Y軸上運動的總長度b可以根據(jù)退火樣品的實際大小進行合理設(shè)定，由此可以自由設(shè)置退火方式。通過位移平臺9控制載物臺8及其紅外探測器在Z軸方向的運動，能夠調(diào)節(jié)激光退火的焦點位置。
激光器1、擴束準直鏡2和光闌3位于同一直線上，整形鏡5、平凸柱面鏡6和載物臺8位于同一直線上，上述兩條直線呈一定夾角。在本實用新型優(yōu)選實施例中，激光器1、擴束準直鏡2和光闌3位于水平直線上，整形鏡5、平凸柱面鏡6和載物臺8位于垂直直線上，此時高反鏡4與入射光的夾角為45°，與出射光的夾角也為45°。激光器1產(chǎn)生的激光光束依次經(jīng)過擴束準直鏡2和光闌3后入射到高反鏡4，激光光束經(jīng)高反鏡4的反射后改變方向，并依次經(jīng)過整形鏡5和平凸柱面鏡6后入射到載物臺8上的紅外探測器的薄膜表面。
激光器1所產(chǎn)生的激光波長為266nm、308nm或355nm，激光脈寬為1ns～200ns，激光輸出功率為50～10000mW，激光掃描速率為10mm/s～1000mm/s，激光重復頻率為1～200KHz。
本實用新型的工作過程如下：
搭建光路系統(tǒng)，激光器1的激光光束水平射出，先通過擴束準直鏡2的軸心，再經(jīng)過光闌3的中心，然后以45°角入射到高反鏡4。激光光束經(jīng)過高反鏡4后由水平方向變?yōu)榇怪狈较蛏涑?，并依次通過整形鏡5和平凸柱面鏡6的中心，最后照射在載物臺8上的紅外探測器樣品的薄膜表面。
光路搭建完畢以后，將樣品放置在載物臺8上，激光的功率調(diào)至最小，控制XYZ位移平臺9的運動，尋找樣品在水平方向的合適激光照射位置。調(diào)節(jié)激光功率至合適的大小，控制XYZ位移平臺9的運動，根據(jù)實際的打樣效果尋找樣品在垂直方向的最佳的激光照射位置，也就是焦點位置，同時根據(jù)打樣的顯微鏡圖片進行光路校準，然后再進行打樣，觀察顯微鏡打樣痕跡，校準光路，直至光路校準完成。
當光路校準完成的時候，改變激光功率，使用不同的激光功率對氧化釩薄膜進行打樣，測試樣品電學特性，根據(jù)電學特性數(shù)據(jù)，優(yōu)化激光參數(shù)。使用優(yōu)化后的激光參數(shù)對樣品進行退火處理，處理完成后再進行一次電學特性測試，記錄數(shù)據(jù)，退火完成。
使用激光對氧化釩薄膜進行退火處理，改善薄膜結(jié)晶特性，降低薄膜室溫電阻，提高薄膜的電阻溫度系數(shù)，提高氧化釩薄膜與標準半導體工藝的兼容性。
使用激光加熱樣品表面實現(xiàn)退火過程，其主要優(yōu)點包括：①局域加熱特性。激光的加熱深度由激光在材料中的穿透深度決定，選擇合適的波長可將加熱深度控制在于表面數(shù)納米至數(shù)微米之間。②升降溫快、退火時間短。脈沖激光可以實現(xiàn)幾千攝氏度脈秒的升降溫速度。同時，退火時間可由激光器1的脈寬決定，如果激光器1脈寬為納秒量級，則意味著退火時間也在納秒量級。③退火溫度可控。原則上講，激光退火時樣片的表面溫度由能量密度決定，其計算公式為：能量密度＝激光功率/(頻率*光斑面積)，單位為J/cm2。它是激光退火工藝中最為重要的參數(shù)之一，決定了單個脈沖內(nèi)施加到樣品表面的能量，進而決定著熱量分布以及溫度分布，并決定著工藝結(jié)果。因此，通過控制功率可以實現(xiàn)退火溫度的可控。④工藝靈活性好。通過光學元件及系統(tǒng)調(diào)整輸出光斑的形狀及能量分布是直接影響熱量擴散、溫度分布和應(yīng)力特性的關(guān)鍵，這增加了工藝的靈活性。