本發(fā)明涉及集成電路，具體涉及一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片及制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著陣列式光電芯片集成度和性能的提升，對(duì)各像素單元的高效熱管理至關(guān)重要。尤其在單光子探測(cè)器陣列、長(zhǎng)波段紅外探測(cè)和超導(dǎo)單光子探測(cè)等應(yīng)用中，需將像素溫度保持在低溫，因此高效的冷卻是保證這些陣列式器件正常工作的關(guān)鍵。近年來(lái)，基于ⅲ-ⅴ族半導(dǎo)體材料的微型發(fā)光二極管多像素陣列光發(fā)射芯片逐漸興起。其中，各發(fā)光像素的高效散熱是影響器件整體性能的關(guān)鍵因素。

2、微流道結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)器件和散熱介質(zhì)之間直接的熱交換，是一種高效的器件熱管理解決方案。傳統(tǒng)的微流道結(jié)構(gòu)是存在于一個(gè)獨(dú)立的“微流道散熱板”上，制備好微流道結(jié)構(gòu)之后再將該散熱板貼合到需要散熱的元器件背面，即為芯片外部整體散熱，集成度較低，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片內(nèi)部各像素單元進(jìn)行高效熱交換，導(dǎo)致散熱效果和熱交換能力有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的微流道結(jié)構(gòu)在芯片結(jié)構(gòu)中集成度較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片內(nèi)部各像素單元進(jìn)行高效熱交換，導(dǎo)致散熱效果和熱交換能力有限的技術(shù)問(wèn)題，目的在于提供一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片及制備方法，實(shí)現(xiàn)了高效的熱管理，顯著提升了器件的散熱和冷卻性能，保障了器件的工作性能，同時(shí)具有更高的集成度。

2、本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片，包括ic基板、絕緣介質(zhì)層、像素陣列、透明導(dǎo)電層、透明蓋板和微流道結(jié)構(gòu)；

4、所述像素陣列設(shè)置在絕緣介質(zhì)層內(nèi)，所述像素陣列的一側(cè)連接透明導(dǎo)電層，另一側(cè)連接ic基板，所述透明蓋板設(shè)置在透明導(dǎo)電層外側(cè)；

5、所述微流道結(jié)構(gòu)包括微流動(dòng)通道、進(jìn)液口和出液口，所述微流動(dòng)通道貫穿透明導(dǎo)電層并延伸到絕緣介質(zhì)層內(nèi)，所述微流動(dòng)通道分布在像素陣列中各像素元器件的間隙，所述透明蓋板上開(kāi)設(shè)有與微流動(dòng)通道連通的進(jìn)液口和出液口，所述微流動(dòng)通道內(nèi)流動(dòng)有冷卻介質(zhì)。

6、進(jìn)一步地，所述像素陣列通過(guò)像素電極連接ic基板，所述透明導(dǎo)電層和ic基板之間連接有公共電極。

7、進(jìn)一步地，所述冷卻介質(zhì)選自去離子水、硅油、絕緣礦物油、液氮、液氦中的任意一種。

8、本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9、s1、對(duì)襯底上的外延晶圓加工出像素陣列；

10、s2、在s1得到的產(chǎn)品表面沉積絕緣介質(zhì)層，并在絕緣介質(zhì)層上加工出像素電極孔，然后在像素電極孔內(nèi)沉積得到像素電極；

11、s3、將s2得到的產(chǎn)品與ic基板鍵合，使像素電極與ic基板表面的控制電極觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)連接；

12、s4、去除襯底，并在去除襯底的表面加工出公共電極接觸孔，然后在公共電極接觸孔內(nèi)沉積得到公共電極；

13、s5、在s4得到的產(chǎn)品表面沉積一層透明導(dǎo)電層，依次通過(guò)在透明導(dǎo)電層上旋涂光刻膠、微流道結(jié)構(gòu)圖形曝光和顯影、刻蝕、去除光刻膠步驟加工出微流道結(jié)構(gòu)；

14、s6、在s5得到的產(chǎn)品表面鍵合一層透明蓋板，并在透明蓋板上刻蝕出與微流道結(jié)構(gòu)連通的進(jìn)液口和出液口。

15、進(jìn)一步地，所述的加工步驟包括旋涂光刻膠、圖形的曝光及顯影、等離子體干法刻蝕，最后采用有機(jī)溶劑去除光刻膠。

16、進(jìn)一步地，所述沉積采用濺射、電子束蒸發(fā)或pecvd。

17、進(jìn)一步地，步驟s1中外延晶圓材料為si、ge、超導(dǎo)材料或ⅲ-ⅴ族半導(dǎo)體材料中的任意一種。

18、進(jìn)一步地，步驟s2中，絕緣介質(zhì)層主要成分為sio2、si3n4和al2o3。

19、進(jìn)一步地，像素電極和公共電極的材料為ti、cr、au、ni、pt材料中的一種或幾種的組合。

20、進(jìn)一步地，所述透明導(dǎo)電層采用ito材料，透明蓋板采用透明絕緣材料。

21、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

22、1.本發(fā)明通過(guò)直接將微流道結(jié)構(gòu)嵌入式布置在需要冷卻的像素陣列中，其中所流動(dòng)的冷卻介質(zhì)可以直接與像素元器件發(fā)生熱交換，將器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量帶出，實(shí)現(xiàn)了高效的熱管理，顯著提升了器件的散熱和冷卻性能，進(jìn)而保障了器件的工作性能，同時(shí)，微流道散熱結(jié)構(gòu)直接嵌入到像素陣列中與像素陣列形成一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)形式，具有更高的集成度。

23、2.本發(fā)明沉積的絕緣介質(zhì)層將像素陣列中的每一個(gè)像素都包裹其中，微流道結(jié)構(gòu)是通過(guò)將該絕緣介質(zhì)層的特定結(jié)構(gòu)刻蝕移除后形成的，而剩下的未被刻蝕去除的絕緣介質(zhì)層仍舊包裹在器件周?chē)?，避免了器件與微流道中流動(dòng)的冷卻液之間的直接接觸，從而有效避免了微流道對(duì)器件的影響。

技術(shù)特征：

1.一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片，其特征在于，包括ic基板(1)、絕緣介質(zhì)層(2)、像素陣列(4)、透明導(dǎo)電層(5)、透明蓋板(6)和微流道結(jié)構(gòu)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片，其特征在于，所述像素陣列(4)通過(guò)像素電極(3)連接ic基板(1)，所述透明導(dǎo)電層(5)和ic基板(1)之間連接有公共電極(10)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片，其特征在于，所述冷卻介質(zhì)選自去離子水、硅油、絕緣礦物油、液氮、液氦中的任意一種。

4.一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片的制備方法，其特征在于，所述的加工步驟包括旋涂光刻膠、圖形的曝光及顯影、等離子體干法刻蝕，最后采用有機(jī)溶劑去除光刻膠。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片的制備方法，其特征在于，所述沉積采用濺射、電子束蒸發(fā)或pecvd。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片的制備方法，其特征在于，步驟s1中外延晶圓(12)材料為si、ge、超導(dǎo)材料或ⅲ-ⅴ族半導(dǎo)體材料中的任意一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片的制備方法，其特征在于，步驟s2中，絕緣介質(zhì)層(2)主要成分為sio2、si3n4和al2o3。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片的制備方法，其特征在于，像素電極(3)和公共電極(10)的材料為ti、cr、au、ni、pt材料中的一種或幾種的組合。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片的制備方法，其特征在于，所述透明導(dǎo)電層(5)采用ito材料，透明蓋板(6)采用透明絕緣材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有嵌入式微流道結(jié)構(gòu)的陣列式光電芯片及制備方法，涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域；所述芯片包括IC基板、絕緣介質(zhì)層、像素陣列、透明導(dǎo)電層、透明蓋板和微流道結(jié)構(gòu)；所述像素陣列設(shè)置在絕緣介質(zhì)層內(nèi)，且一側(cè)連接透明導(dǎo)電層，另一側(cè)連接IC基板，所述透明蓋板設(shè)置在透明導(dǎo)電層外側(cè)；所述微流道結(jié)構(gòu)包括微流動(dòng)通道、進(jìn)液口和出液口，所述微流動(dòng)通道分布在像素陣列中各像素元器件的間隙，所述透明蓋板上開(kāi)設(shè)有與微流動(dòng)通道連通的進(jìn)液口和出液口，所述微流動(dòng)通道內(nèi)流動(dòng)有冷卻介質(zhì)；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高效的熱管理，顯著提升了器件的散熱和冷卻性能，保障了器件的工作性能，同時(shí)具有更高的集成度。

技術(shù)研發(fā)人員：任羿烜,郇慶昌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天府絳溪實(shí)驗(yàn)室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22