基于内聚力模型的InSb面阵探测器失效分析

光学 照 片相 吻 合 。 为 明 晰 Ｉ ｎ Ｓ ｂ芯 片具 体 脱 落 和碎
裂过 程 ． 本文 基于 内聚 力模 型 ， 拟 以应 变 为判 据揭示
Ｉ ｎ Ｓ ｂ焦平 面探测 器 的失效 演 变特性 。
和经典的线 弹性 断裂 准则 相 比， 内 聚 力 模 型
基金项 目： 国家 自然科学基 金青年科 学基金项 目（ Ｎ ｏ ． ６ １ １ ｆ ／ Ｏ ￣ ３ ） ； 航空科学基金 （ Ｎ ｏ ． ２ ０ １ ０ ０ １ ４ ２ ０ ０ ３ ） 资助 。 作者简介 ： 贵 磊（ １ ９ ８ ９一） ， 男， 硕 士研 究生 ， 主 要 从 事 运 用 内聚 力模 型研 究 Ｉ ｎ Ｓ ｂ焦 平 面探 测 器 的失 效 工 作 。Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｇ ｙ ｌ １ ９ ８ ９ ０ ２ ２ ２
・ 红 外材 料 与器 件 ・
基 于 内聚力 模 型 的 Ｉ ｎ Ｓ ｂ面 阵探 测 器 失 效 分 析
贵 器， 孟庆端， 张立 文 ， 李鹏 飞
（ 河南科技大学电子信息工程学院 ， 河南 洛阳 ４ ７ １ ０ ０ ３ ）
摘
要： 基于 内聚 力模 型 ， 运用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ仿 真软 件研 究 了 Ｉ ｎ Ｓ ｂ芯片在 Ｎ 电极 附近 的脱 落和碎 裂
wenku.baidu.com
问题 。模 拟结果 显 示 ： 在 Ｎ 电极 区域 ， Ｉ ｎ Ｓ ｂ芯片 沿隔 离沟槽 存在 明显 的脱 落趋 势 ； 为 了解 Ｉ ｎ Ｓ ｂ 芯 片碎裂 失效 分布 状况 ， 在Ｉ ｎ Ｓ ｂ芯 片 中做 切分 处理 ， 并在 切分 面上选 取 等 间距 内聚 节 点 ， 得 到 了节点 沿 ｘ轴 方 向的相 对分 离量 ， 及相 对分 离量 最 大 节 点沿 不 同坐标 轴 的变化 趋 势 。模拟 结 果 中Ｉ ｎ Ｓ ｂ芯片脱 落 失效 区域和 分 离量较 大 的 内聚节 点 所在 位 置 与典 型 Ｉ ｎ Ｓ ｂ焦平 面探 测器 光 学 碎裂分 布 相吻合 ， 这 为后 续研 究 Ｉ ｎ Ｓ ｂ芯 片 中裂纹 起 源及扩 展提 供参 考 。
向变 化 。 由节 点 应 变 方 向 的变 化 可 判 断 Ｉ ｎ Ｓ ｂ芯 片 完 全 碎裂 失效 ， 结 合 图 ４模 拟 得 到 的处 于失 效 状 态 Ｉ ｎ Ｓ ｂ芯片 分析 ： 在６ １ Ｓ时 刻 ， 节 点 沿 ｚ正 方 向应 变
Ｇ Ｕ Ｉ Ｌ ｅ ｉ ， ＭＥ Ｎ Ｇ Ｑ ｉ ｎ ｇ — ｄ ｕ ａ ｎ ， Ｚ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｌ ｉ ・ Ｗ ｅ ｎ ， Ｌ Ｉ Ｐ ｅ ｎ ｇ — ｆ ｅ ｉ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｌ ｕ ｏ ｙ ａ ｎ ｇ ４ ７ １ ０ ０ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第４ ３卷 第 １ ２期
２ ０ １ ３年 ｌ ２月
激 光 与 红 外
ＬＡＳ ＥＲ ＆ Ｉ ＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖｏ １ ． ４ ３， Ｎ ｏ ． １ ２
Ｄｅ ｃ ｅ ｍｂｅ ｒ， ２ ０ｌ ３
文章编号： １ ０ ０ １ — ５ ０ ７ ８ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２ — １ ３ ６ ８ － ０ ４
～ 一 ㈣ 一 ～ 删 一 ～ ． ～ ＿ 一 圣 ～ ＿ 一 薹 １ 一 ～ ． ～ 一 一 ～ 一 ～
Ｆａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｉ ｎ Ｓ ｂ ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＣＺＭ
＠ ｌ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ４ — ２ ７
激 光 与 红 外
Ｎ ｏ ． １ ２ ２ ０ １ ３
贵
磊等
基于 内聚力模 型的 Ｉ ｎ Ｓ ｂ面阵探 测器失效分析
１ ３ ７ １
较为明显 ， 这主要是因为 ６ ｌ～ ７ １ Ｓ 内的降温幅度大 所致 ， 而在 ６ ６ Ｓ时刻 ， 节 点 的 应 变 趋 势 开 始 沿 反 方
关键 词 ： 内聚力模 型 ； Ｉ ｎ Ｓ ｂ芯片 ； 失效 ； 脱 落和碎 裂 中图分类 号 ： Ｔ Ｎ ２ １ ５ 文献标 识 码 ： Ａ ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ５ ０ ７ ８ ． ２ ０ １ ３ ． １ ２ ． １ １
１ 弓 Ｉ 言
端 叫 等 人借 助 小 面 阵 等 效 大 面 阵 建 立 起 １ ２ ８× １ ２ ８阵列规 模 的 Ｉ ｎ Ｓ ｂ面 阵 探 测器 结 构 分 析 模 型 ， 所
得到 的最 大 Ｖ ｏ ｎ Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 应 力 位 置及 分 布和 典 型碎 裂
温度 冲击 下多层 材料 的脱 落 和碎 裂一直 是 材料 科 学 和结 构 工程 上 亟 待 解 决 的 问题 … 。Ｉ ｎ Ｓ ｂ面 阵 探测 器 是典 型的层 状 结 构 ， 由光 敏 元 芯 片 和 硅读 出 电路 经 铟柱 阵列 连 接 而 成 ， 为提高信噪 比， Ｉ ｎ Ｓ ｂ面 阵探 测器 通 常工 作 于液 氮温 度 ， 由于 Ｉ ｎ Ｓ ｂ芯片 和硅 读 出 电路 之 问线 膨胀 系数 不 同 ， 将 在 面 阵 探 测 器 中 产生 热应 变 ， 引起 锢柱 断裂 、 相邻 材料 问分 层脱 落甚 至是 Ｉ ｎ Ｓ ｂ芯 片碎 裂 。据统 计 ， 某批 次 生产 中探 测器 芯 片材料 的崩 裂 以 及焊 点 脱 落 为 主要 失 效 模 式 ， 严 重制 约 着 光 电探 测 器 的成 品 率 。 为 了 解 热 冲击 过程 中芯片碎 裂诱 因 ， 基于 所提 出 的等效模 型 ， 孟 庆