矽基材微型電熱元件之物性與電性之研究

Abstract

本論文提出一個在矽晶片上研制紅外線顯像器的技術。該紅外線顯像器是一個陣列型 式的元件, 其中每一個單元包括了MOS 電晶體控制電路以及紅外線輻射源。此輻射源 是一懸浮的砂材微電阻絲(micro-heater), 采用矽單晶材料的非等向性蝕刻(anisotr -opic etching)技術來完成。我們使用的非等向性蝕刻溶液是由鄰苯二酚(pyrocate- chal)、二氨基乙烯(ethylene diamene) 及水所組成的混合液, 該溶液在攝氏100 度 下對矽單晶在(100) 與(111) 晶面的蝕刻比約為35比1,此外該溶液對高硼雜質濃度矽 材有緩慢蝕刻效應。運用非等向性蝕刻技術, 我們遂將一矽材薄片懸跨在一個V 形凹 槽上, 一旦電流流經此矽材薄片, 它將如同一電阻絲般, 達到高溫與高熱狀態, 估計 最高溫度將達攝氏一千度以上。然而, 高溫僅集中在矽材長條薄片的中心點, 因此, 周邊的鋁線以及MOS 控制元件并不會受到高溫的影響。發射式顯微鏡(emission micr -oscope)的觀測實驗可以印證這個結果。 實驗發現, 矽材微型電熱絲具有下列特性:(1)非線性電阻、(2)I-V特性曲線的永久行 改變。此皆因矽材本身在高溫時的物理參數變化所致。其中, 后者對元件的可靠性會 是一個很大的困擾, 然而, 我們發現矽材微型電熱絲的驅動電流有一臨界值, 在臨界 值以下, 我們可以避開這個困擾。 此外, 矽材微電熱絲的熱反應速率(thermal response rate) 以及生命期(life time ) 現象, 業已被量測出來。