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Dependence of the Deformation of 128×128 InSb Focal-plane Arrays on the Silicon Readout Integrated Circuit Thickness
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资源说明：Dependence of the Deformation of 128×128 InSb Focal-plane Arrays on the Silicon Readout Integrated Circuit Thickness
该篇研究论文主要探讨了128×128 InSb红外焦平面阵列(InSbIRFPAs)在热冲击测试中出现的变形与硅读出集成电路(ROIC)厚度的关系。InSbIRFPAs是军事和民用应用中一个关键组件，尤其适用于3μm到5μm光谱范围。为了获得高信噪比，这类红外焦平面阵列通常在液氮温度(77K)下工作。然而，在这种低温条件下，由于热失配应变的累积超过了InSb芯片的断裂强度，导致InSb芯片出现裂纹，限制了最终的产量。
研究者提出了基于三维建模的方法，通过减薄硅ROIC来平整InSbIRFPAs的不均匀表面。模拟结果显示，当硅ROIC从300微米减薄到20微米时，InSbIRFPAs在上向的最大位移从7.115微米线性减少到0.670微米，同时在下向的最大位移也从14.013微米线性减少到1.612微米。当硅ROIC的厚度小于50微米时，较厚的InSbIRFPAs中出现的方格状起皱变形分布消失，InSbIRFPAs的顶表面变得平坦。这些研究结果表明，硅ROIC的厚度决定了InSbIRFPAs在热冲击测试下的变形程度，减薄硅ROIC的方法适用于减少InSb芯片的断裂概率，并且这种方法提高了InSbIRFPAs的可靠性。
关键词：裂纹、红外焦平面阵列、建模。
引言部分介绍了InSb红外焦平面阵列的重要性，它们在3μm到5μm的光谱范围内，被广泛应用于军事和民用领域。这些设备通常在液氮温度下工作，以达到高信噪比的效果。然而，由于热失配应变的累积，超过了InSb芯片的断裂强度，这将导致芯片出现裂纹，限制了InSbIRFPAs的最终产量。
为了改善InSbIRFPAs的可靠性，该研究提出了减薄硅ROIC的方法，并通过三维建模来预测这一方法的可行性。研究团队通过模拟实验，观察了减薄硅ROIC前后，InSbIRFPAs在热冲击测试下的变形情况。他们发现，随着硅ROIC厚度的减小，InSbIRFPAs的变形程度显著降低。当硅ROIC的厚度减薄到20微米时，InSbIRFPAs在向上和向下的位移都大幅度减少，而且变形分布也变得更加均匀。
该研究对于设计和制造红外焦平面阵列具有重要的意义，特别是在制造过程中如何优化ROIC的厚度以减少热应力和提高可靠性。通过减薄ROIC，不仅可以有效避免芯片裂纹的产生，还可以确保InSbIRFPAs在极端低温下的性能稳定性。
此外，该研究还强调了对InSbIRFPAs的热应力分析的重要性。热应力是导致材料损坏和系统失效的主要因素之一，尤其是在半导体材料制成的器件中，热应力可引起材料的物理变形甚至开裂。通过三维建模，研究者们能够准确地模拟热应力对InSbIRFPAs的影响，为优化器件结构和提高器件性能提供了理论依据。
研究的最后指出，通过减薄硅ROIC来平整InSbIRFPAs的表面，可以提高InSb芯片的可靠性，进而提升整个红外焦平面阵列的性能。这对于未来红外传感器技术的发展和应用提供了宝贵的经验和方法指导。随着红外技术在医疗、工业、科研等领域应用的不断深入，该研究的成果将有助于推动相关技术的进步和创新。
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