锑化铟的应用

背景及概述^[1][2]

由铟和锑构成的重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料。由于其熔点低、熔点时的离解压小(见表)，早在50年代就已制备出单晶体。

锑化铟(InSb)是研究得较早、较深入的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料。其晶体呈银色、质脆，为闪锌矿结构.晶格常数为6.48Å，是一种直接带隙材料，其禁带宽度较窄，为0.18eV，而电子迁移率高达7800cm²/V·s，可用来制作红外探测器，光磁探测器和Hall器件。锑化铟的熔点为525℃，与其他Ⅲ-Ⅴ族化合物相比，它易于提纯和生长单晶，因而它常是Ⅲ-Ⅴ族化合物固体理论研究时所选择的对象。InSb的主要物理性质见下表。

单晶生长方法^[1]

采用直拉法制备单晶，所用原料InSb经区熔法提纯，InSb中除碲的有效分凝系数接近于1外，其他有害杂质的有效分凝系数都小于或大于1，经多次区熔可有效提高其纯度。CZ生长基本工艺为：熔体保持在高纯氢或含高纯H210%～20%的高纯氮中于800℃左右恒温0.5h，可有效除去熔体表面浮渣，沿〈111〉方向生长有明显的小面效应，使径向载流子分布很不均匀，沿〈100〉、〈115〉、〈113〉等晶向生长可消除这一效应。InSb中除D坑外还观察到S坑(碟形坑)和P坑(puching-out)，采用等电子掺杂(如N掺杂)可以降低这些缺陷密度。

应用^[1]

InSb单晶电子迁移率高，是良好的红外探测器件、霍耳器件、磁阻器件的衬底材料。例如，对应于大气透射窗口3～5μm波段的成像器件和InSb焦平面阵列器件。另外在电荷注入器件方面，InSb器件的位数已达128×128阵列。3～5μm波段InSb光伏探测器作为敏感元件组成的混成焦平面阵列也得到很大发展，并已作成元数较多的两维阵列。

磨削方法^[3]

3英寸锑化铟晶片外形标准化工艺是锑化铟晶片加工工艺的关键工艺之 一。由于锑化铟材料本身的特殊性，使得由<111>方向生长的晶体加工的晶片，电学参数一致性较差，无法满足焦平面器件的需要，而必须通过<211>方向生长晶体，再通过<111>方向切割晶体得到<111>的晶片。由于晶体材料的各向异性性质，在<211>方向上生长单晶晶锭时，各个方向生长速率不同，从而生长界面并不是近似圆形，而是一个“D”形或者是梯形。

生长界面的不同，最终导致两个不同方向生长的晶锭外形也不一样。<111>方向生长的晶锭等径部分近似圆柱体，而<211>方向生长的晶锭等径部分则类似大坝。这种通过<211> 方向生长的晶锭，在<111>方向上切割时，需要旋转一定角度。由于旋转方向垂直于大面(也就是生长界面的梯形底边)，因此可以在一定程度上增大梯形的高度，从而缩小底边高度比。这种高度上的增加仍然和大的底边在尺寸上有相当大的差距，常常高度仅仅有底边尺寸的一半。这种非规则性对于晶片的标准化工艺而言，是一项巨大的挑战。

常规的半导体材料工艺过程是单晶生长、滚圆、做主参考面、切割、倒角。 但是由于锑化铟材料本身的特殊性，一方面，晶锭外观非常不规则，无法通过滚圆工艺实现；而另一方面，即使实现了滚圆工艺，由于需要转角度切割，切割出的晶片也是椭圆形，这样就使滚圆工艺失去了意义。因此常规的半导体材料工艺无法应用于3英寸锑化铟材料工艺。

目前的锑化铟材料工艺是在晶体生长后，直接对非规则外形的晶锭进行切 割。目前的倒角工艺，只能针对面积较小的晶片进行加工，对于1.5英寸内的锑化铟晶片，普遍采用原始的手工做参考面，并进行倒角的工艺。3英寸锑化铟晶片同以前的小尺寸晶片一样，都用于同样的探测器，由于探测器并没有因为使用3英寸晶片而增加厚度，因此探测器对两种晶片的最终厚度要求一致。

出于成本的考虑，原始的切割晶片厚度不可能随着面积的增加而成比例增加，面积厚度比的增大使得3英寸的晶片更容易碎裂。早前的手工磨圆倒角工艺，对人的技能依赖性较大，无法形成规模化生产，人的劳动强度大。而且由于锑化铟材料硬度小，容易沿解理面解理的特点，在加工的过程中很容易碎裂。3 英寸锑化铟材料的发展，使得这种困难的情况进一步加剧。

CN201010608803.7提供一种锑化铟晶片的磨削方法，用以解决现有技术中存在的标准 化成型工艺中晶片一致性差，无法批量化生产、效率低下、成品率低的问题。为达上述目的，本发明提供了一种锑化铟晶片的磨削方法，所述方法包括以下步骤：对待加工的锑化铟晶片进行图像预采集识别，获得所述锑化铟晶片的中心位置数据；根据所述锑化铟晶片的中心位置数据，设置磨削参数；使所述锑化铟晶片纵向运动，且纵向运动过程中所述锑化铟晶片自转，利用砂轮对所述锑化铟晶片进行磨削，完成割圆操作；利用砂轮完成对所述锑化铟晶片上表面及下表面的倒角操作。

其中，对待加工的锑化铟晶片进行图像预采集识别后，根据识别图像的主参考面半径和实际加工主参考面半径的差值，确定所述锑化铟晶片中心位置的补偿值，然后选择与所述锑化铟晶片颜色一致的陪片，调节所述陪片放置在所述锑化铟晶片的位置，获得所述锑化铟晶片的中心位置数据。本发明精确定位晶片中心、参考面位置，配合晶片识别后的砂轮研磨工艺，进行割圆和倒角处理，来达到多步骤、精确研磨的效果。所有效地降低了倒角过程中的崩边问题，确保了工艺条件的可重复性，提高了晶片外形的一致性，提高了成品率。

主要参考资料

[1] 固体物理学大辞典

[2] 中国冶金百科全书·金属材料

[3] CN201010608803.7 一种锑化铟晶片的磨削方法