大功率光電器件光波導鍵合技術(shù)研究

摘 要：光導開關(guān)是一種新型半導體光電子器件，在光通訊、雷達、微波等領(lǐng)域廣泛應用，但在高工作電壓的條件下會發(fā)生表面擊穿等問題，因此需要對其進行封裝提高側(cè)面的耐壓性能。該文選用光波導的方式對碳化硅晶片進行封裝，通過玻璃漿料燒結(jié)鍵合、真空熱壓鍵合和光波導膠鍵合3種方法對小面積的側(cè)面異質(zhì)鍵合進行研究。通過3種方法的工藝優(yōu)化及鍵合質(zhì)量性能測試，光波導膠鍵合方法對激光功率的損耗最小，實現(xiàn)器件耐壓值提升至10 kV。

關(guān)鍵詞：光導開關(guān)；玻璃漿料燒結(jié)；真空熱壓；光波導膠；鍵合方法

中圖分類號：TN36 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）29-0072-05

Abstract： The photoconductive semiconductor switches （PCSS） is a new type of semiconductor optoelectronic device， which is widely used in optical communication， radar， microwave and other fields， but surface breakdown will occur under the condition of high working voltage， so it is necessary to package it to improve the side voltage performance. In this paper， the silicon carbide wafer is encapsulated by optical waveguide， and the small area side hetero bonding is studied by glass paste sintering bonding， vacuum hot pressing bonding and optical waveguide glue bonding. Through the process optimization and bonding quality performance test of the three methods， the optical waveguide adhesive bonding method has the lowest loss of laser power， and the voltage withstand value of the device is improved to 10 kV.

Keywords： photoconductive semiconductor switches（PCSS）; glass paste sintering; vacuum hot pressing; optical waveguide adhesive; bonding method

隨著微電子和微波技術(shù)的高速發(fā)展，迫切需要一種體積小的開關(guān)器件[1-2]，其中光導開關(guān)作為一種新型的快速電子器件，與傳統(tǒng)的脈沖功率領(lǐng)域中的其他開關(guān)相比，具有重復頻率高、體積小、能以超高的功率容量工作的優(yōu)異特性[3-7]。然而，光導開關(guān)在數(shù)千伏的高工作電壓下，會出現(xiàn)表面擊穿的問題從而導致光導開關(guān)無法正常工作，因此設計具備高可靠性的光導開關(guān)結(jié)構(gòu)、提高光導開關(guān)的耐壓特性是當下的研究重點[8-9]。

封裝對高壓開關(guān)器件的性能至關(guān)重要，針對大功率光導開關(guān)器件高峰值功率激光激勵、超高壓工作、高可靠長壽命工作的需求，周幸葉等[10]提供了一種光導開關(guān)的封裝結(jié)構(gòu)，光導開關(guān)兩端搭接的2個臺面相互隔離，避免沿面擊穿，向殼體的密閉空間內(nèi)部填充絕緣材料，對光導開關(guān)實現(xiàn)全面保護，提高器件的工作電壓。……