CdZnTe中富碲沉积相缺陷引起的液相外延HgCdTe薄膜表面缺陷

为了研究液相外延碲镉汞薄膜表面缺陷形成机制,采用光刻工艺结合化学腐蚀方法在碲锌镉衬底表面实现了网格化,研究了碲锌镉近表面富碲沉积相与外延薄膜表面缺陷的关系.结果表明:衬底近表面富碲沉积相会导致碲镉汞薄膜表面孔洞、类针形凹陷坑缺陷以及三角形凹陷坑聚集区;在液相外延过程中,高温碲镉汞熔液与CdZnTe衬底间的回熔作用可以减少与富碲沉积相相关的表面缺陷,薄膜表面缺陷与衬底表面富碲沉积相的匹配度与回熔深度负相关;回熔过程以及富碲沉积相形态、深度影响HgCdTe薄膜表面缺陷形态和分布.     

碲锌镉衬底晶面极性对水平液相外延碲镉汞薄膜的影响

研究了碲锌镉衬底（111）晶面的不同极性对水平推舟液相外延生长碲镉汞薄膜的影响。实验结果显示,（111）A面碲锌镉衬底水平液相外延生长碲镉汞薄膜材料组分和厚度均与常规（111）B面碲锌镉衬底碲镉汞薄膜材料相当;碲镉汞母液在采用（111）A面、（111）B面衬底进行液相外延生长的碲镉汞薄膜上接触角分别为（50±2）°和（30±2）°,结合微观模型分析确认碲镉汞母液在碲镉汞薄膜（111）A面存在更大的表面张力;观察并讨论了（111）A面碲镉汞与（111）B面碲镉汞薄膜材料表面微观形貌的差别;实验获得的（111）A面碲镉汞薄膜XRD半峰宽为33.1arcsec。首次报道了（111）晶面选择对母液残留的影响,研究结果表明,采用（111）A面碲锌镉衬底进行碲镉汞水平推舟液相外延生长,能够在不降低晶体质量的情况下,大幅减小薄膜表面母液残留。     

液相外延碲镉汞贯穿型缺陷研究

液相外延碲镉汞材料的贯穿型缺陷会在后续器件制备中导致多个盲元的形成。采用共聚焦显微镜对该类缺陷的深度进行了表征,并对缺陷底部的成分进行了测试。使用聚焦离子束(Focused Ion Beam, FIB)将缺陷挖开后对其进行观察。对于贯穿型缺陷较多的碲锌镉衬底外延生长碲镉汞薄膜,统计后发现碲镉汞表面的贯穿型缺陷与衬底缺陷存在一定的对应关系,因此推测液相外延贯穿型缺陷起源于碲锌镉衬底缺陷。     

中国电科11所碲镉汞薄膜材料制备技术进展

碲镉汞材料具有响应速度快、量子效率高、带隙连续可调等优点,广泛应用于红外探测领域,本文报道了近年来中国电科11所在碲镉汞薄膜材料制备方面的技术进展。在碲锌镉衬底材料制备方面,已突破135mm碲锌镉晶体生长技术,碲锌镉衬底平均位错腐蚀坑密度(EPD) <1×104cm-2,具备了80mm×80mm规格碲锌镉衬底的批量生产能力。在液相外延碲镉汞薄膜制备方面,富碲水平液相外延碲镉汞薄膜平均位错腐蚀坑密度EPD<4×104cm-2,具备80mm×80mm规格碲镉汞薄膜的制备能力;富汞垂直液相外延实现高质量双层异质结碲镉汞薄膜材料批量化制备,该种材料的半峰宽(FWHM)控制在(20～40)arcsec范围内,碲镉汞薄膜厚度极差≤±06μm。在分子束外延碲镉汞薄膜方面,实现了6 in硅基碲镉汞材料制备,组分标准偏差≤00015,表面宏观缺陷密度≤100cm-2;碲锌镉基碲镉汞材料已具备50mm×50mm制备能力,组分标准偏差为0002,厚度标准偏差为0047μm。从探测器验证结果来看,基于富碲水平液相外延碲镉汞薄膜实现了1 k×1 k、2 k×2 k等规格红外焦平面探测器的工程化制备;采用双层异质结碲镉汞薄膜实现了高温工作、长波及甚长波探测器的制备;使用分子束外延制备的碲镉汞薄膜实现了27 k×27 k、54 k×54 k、8 k×8 k等规格红外焦平面探测器研制,在宇航领域有巨大的应用潜力。     

改进碲镉汞液相外延方法原位生长正组分梯度薄膜材料

研究了液相外延生长条件对碲镉汞薄膜材料组分梯度的影响,建立了指导液相外延生长的理论模型。通过改变水平推舟液相外延工艺的汞损失速率,生长出具有正组分梯度的碲镉汞薄膜材料。针对这种特定条件下生长的碲镉汞外延薄膜,通过腐蚀减薄光谱测试与二次离子质谱测试证实了材料具有正组分梯度结构。与传统方法生长的具有负组分梯度的碲镉汞薄膜相比,这种薄膜材料具有相近的表面形貌与红外透射光谱曲线;且具有较高的晶体质量,其X射线衍射双晶摇摆曲线半峰宽达到28.8 arcsec。     

碲锌镉衬底晶向对碲镉汞薄膜表面形貌的影响

利用定向仪对原生晶片及加工后的碲锌镉衬底的晶向进行比较,观察不同晶向衬底液相外延碲镉汞薄膜的表面形貌,考察了衬底晶向偏差对液相外延碲镉汞薄膜表面形貌的影响。通过进一步的追踪碲锌镉衬底在加工过程中的晶向变化,研究衬底晶向变化的原因和解决方法。研究发现,碲锌镉晶体在初次定向切割后的加工过程中晶向会发生明显变化,而在厚度减薄较大的粗磨工艺后不会发生较大晶向偏差,因此,可将粗磨后衬底的再次定向结果作为进一步筛选碲锌镉衬底的依据,以保证液相外延碲镉汞薄膜的质量。     

碲锌镉衬底表面在碲镉汞液相外延工艺中的热腐蚀效应

该研究以提高液相外延碲镉汞材料的质量为出发点,研究液相外延生长过程中碲锌镉衬底受到高温汞蒸气影响后的变化情况,并利用光学显微镜、白光干涉仪、能谱仪等分析测试手段对碲锌镉衬底表面进行分析.研究结果表明,液相外延生长过程中,高温汞蒸气对碲锌镉衬底中表面沉淀物尺寸无明显影响,但在衬底表面发现两种类型的腐蚀点,一种是尺寸为25μm左右的较大腐蚀点,分布较均匀;另一种是尺寸为7μm左右的圆形腐蚀点,分布不均匀.衬底经过液相外延薄膜成核生长前的温度变化过程以及高温Hg蒸气的作用,碲锌镉衬底表面形貌呈鱼鳞状,粗糙度增大了50%以上.     

碲锌镉晶体的X射线衍射形貌与腐蚀形貌

碲锌镉晶体中存在着各种典型晶体缺陷,其缺陷研究一直倍受关注,X射线衍射形貌术是一种非破坏性地研究晶体材料结构完整性、均匀性的有效方法.采用反射式X射线衍射形貌术对碲锌镉衬底的质量进行了研究,并将衬底的X射线衍射形貌与Everson腐蚀形貌进行了对比分析,碲锌镉衬底的X射线衍射形貌主要有六种特征类型,分别对应不同的晶体结构或缺陷,包括均匀结构、镶嵌结构、孪晶、小角晶界、夹杂、表面划伤,对上述特征类型进行了详细的分析.目前,衬底的X射线衍射形貌主要以均匀结构类型为主,划伤和镶嵌结构缺陷基本已消除,存在的晶体缺陷主要以小角晶界为主.通过对比分析碲锌镉衬底和液相外延碲镉汞薄膜的X射线衍射形貌,发现小角晶界等晶体结构缺陷会延伸到外延层上,碲锌镉衬底质量会直接影响碲镉汞外延层的质量,晶体结构完整的衬底是制备高质量碲镉汞外延材料的基础.     

碲锌镉衬底上中长双色红外碲镉汞分子束外延生长研究

报道了使用分子束外延(Molecular beam epitaxy,MBE)技术,在(211)B碲镉汞(CdZnTe,CZT)衬底上生长中长波双色碲镉汞(HgCdTe,MCT)薄膜材料,生长温度为180℃,研究了双色碲镉汞薄膜材料衬底脱氧技术、分子束外延薄膜生长温度与缓冲层生长等关键技术,实现了中长波双色碲镉汞薄膜生长,外延薄膜采用相差显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、二次离子质谱仪(SIMS)及X射线衍射仪(XRD)对薄膜的表面缺陷、厚度、组分及其均匀性、薄膜纵向组分以及晶体质量进行了表征,表面缺陷数量低于600 cm~(-2),组分(300 K测试)和厚度均匀性分别为(35)x≤0.001、(35)d≤0.9μm,X-Ray双晶衍射摇摆曲线FWHM=65 arcsec,得到了质量较高的中长波双色碲镉汞薄膜材料。     

衬底表面状态对碲镉汞薄膜表面起伏的影响

通过改变碲锌镉衬底的表面加工方法及溴-甲醇腐蚀液的浓度,研究衬底的表面状态对碲镉汞薄膜表面起伏情况的影响。利用傅里叶红外透射(FTIR)光谱议、晶片扫描成像系统、光学显微镜等工具对不同条件下的碲镉汞薄膜的表面起伏情况进行观察和比较。研究初步发现碲锌镉衬底不经过化学抛光,以及不经过腐蚀直接进行外延的情况下得到的碲镉汞薄膜的表面起伏状况会得到一定程度的改善,但是考虑溴-甲醇腐蚀液对机械抛光造成的表面应力的释放作用以及外延过程中的衬底回熔的相互作用会使得外延所得碲镉汞薄膜表面起伏情况更加复杂。因此,仍需要对衬底使用前的化学抛光对薄膜表面起伏的作用以及确定合适的溴-甲醇腐蚀液的浓度进行进一步的研究。     

液相外延HgCdTe薄膜组分均匀性的研究

用水平推舟液相外延的方法，以CdZnTe作衬底，固态HgTe作为Hg补偿源，从富Te-HgCdTe溶液中外延生长大面积HgCdTe薄膜。通过选择合适的温度控制和生长速率，获得组分均匀性和重复性较好的大面积长波HgCdTe薄膜。     

碲镉汞的液相外延生长

设计了一种使用良好的石墨舟 ,建立了一套能进行开管液相外延的系统 ,并利用此系统在 Cd Zn Te衬底上和在富 Te的生长条件下生长了不同 x值的 Hg Cd Te外延薄膜 .通过对外延生长工艺的控制 ,外延薄膜的表面形貌有很大的改善 ,残留母液大为减少 ,外延薄膜的组分比较均匀 ,其电学性能得到较大改善 ,Hg Cd Te外延薄膜与Cd Zn Te衬底之间的互扩散非常少 ,外延膜的晶体结构也较完整 .     

Influences of Te-Rich and Cd-Rich Precipitates of CdZnTe Substrates on the Surface Defects of HgCdTe Liquid-Phase Epitaxy Materials

Influences of Te-rich and Cd-rich precipitates of CdZnTe substrates on the surface defects of HgCdTe epilayers grown by Te-rich liquid-phase epitaxy were investigated. The results show that HgCdTe surface defects are mainly attributable to precipitates on CdZnTe substrate surfaces. At the same time, the remelting of substrate surface layers during the liquid-phase epitaxial process also affects the number and morphology of HgCdTe surface defects. According to the morphological characteristics of surface defects, three types of surface defects were observed on the surfaces of HgCdTe epilayers. There are no obvious differences in the morphologies of the surface defects grown on Te-rich and Cd-rich substrates. However, the dislocation distributions around surface defects are different for HgCdTe epilayers grown on different substrates.     

软脆碲锌镉衬底的新型化学抛光技术研究

碲锌镉(CdZnTe)是液相外延碲镉汞(HgCdTe)薄膜的最佳衬底材料。获得高质量的CdZnTe衬底表面对于提升红外探测器的性能有着十分重大的意义。针对CdZnTe表面加工技术进行了研究,开发出一种新的化学抛光技术,使得抛光后的CdZnTe表面粗糙度Ra可达0.3 nm。     

碲镉汞的液相外延生长

设计了一种使用良好的石墨舟,建立了一套能进行开管液相外延的系统,并利用此系统在CdZnTe衬底上和在富Te的生长条件下生长了不同x值的HgCdTe外延薄膜.通过对外延生长工艺的控制,外延薄膜的表面形貌有很大的改善,残留母液大为减少,外延薄膜的组分比较均匀,其电学性能得到较大改善,HgCdTe外延薄膜与CdZnTe衬底之间的互扩散非常少,外延膜的晶体结构也较完整.     

HgCdTe材料及其晶体生长

HgCdTe是一种有广泛应用前景的半导体光电材料。从投资上看,它已成为仅次于Si和GaAs的第三种最重要的半导体。本文系统地介绍了HgCdTe材料的基本性质及HgCdTe的晶体生长,对液相外延生长HgCdTe晶体的理论和工艺问题作了较详细的论述。     

HgCdTe液相外延薄膜表面缺陷的控制

研究了HgCdTe液相外延薄膜表面两类宏观缺陷的形成原因.研究表明,大部分表面凹陷点(void)缺陷的形成是由衬底的蜡沾污所引入的,而表面凸起点(hill-like)是由衬底边缘脱落的CdZnTe微颗粒造成的,通过控制外延生长前的衬底处理过程,可以抑制这两类缺陷,从而生长出零(宏观)缺陷密度的优质HgCdTe外延薄膜.     

Doping of epitaxial layers and heterostructures based on HgCdTe

Available publications concerned with doping of epitaxial layers of HgCdTe alloys and heterostructures based on these alloys are reviewed. The main changes in technology of HgCdTe doping, which occurred when device structures fabricated on the basis of bulk material were replaced by those based on epitaxial layers are analyzed. The specific features of the doping of HgCdTe epitaxial layers in the course of the growth of these layers by the liquid-phase epitaxy, metal-organic chemical vapor deposition, and molecular-beam epitaxy are considered. The electrical properties of the doped material are analyzed. The current concepts of the intrinsic defects in HgCdTe and the effect of these defects on the properties of HgCdTe are briefly considered.     

MOCVD外延碲镉汞薄膜的生长工艺选择

金属有机化合物汽相沉积（ＭＯＣＶＤ）技术是制备用于红外焦平面阵列（ＩＲＦＦＰＡ）的高质量碲镉汞（ＨｇＣｄＴｅ）薄膜材料的重要手段。文中讨论了汞源温度、生长温度、衬底材料及互扩散多层工艺（ＩＭＰ）等因素在ＭＯＣＶＤ外延生长碲镉汞薄膜过程中的作用机理,并选择适合的生长条件获得了质量优良的碲镉汞薄膜。