微电子学、集成电路

TN42005040348碲镉汞p+-on-n长波异质结探测器的研究/叶振华,吴俊,胡晓宁,巫艳,王建新,李言谨,何力(中国科学院上海技术物理研究所材料器件中心)//红外与毫米波学报.―2004,23(6).―423～426.报道了HgCdTe p+-on-n长波异质结焦平面器件的研究结果.采用由分子束外延(MBE)和原位掺杂技术生长的P+-on-n异质结材料,通过湿法腐蚀、台面钝化、台面金属化、铟柱制备和互连等工艺,得到了HgCdTe p+-on-n长波异质结焦平面器件.根据,I-V实验结果和暗电流理论,拟合计算和分析了各种暗电流机制对器件性能的影响.且获得了器件的响应光谱和探测率。图…     

碲镉汞p-on-n长波异质结探测器材料的制备研究

报道了碲镉汞p+-on-n长波双层异质结材料和异质结台面器件的研究结果,重点研究了p+-on-n型双层异质结材料制备技术。通过水平滑舟富碲液相外延生长的方法在碲锌镉衬底上原位生长In掺杂碲镉汞n型吸收层材料,然后再采用富汞垂直液相外延技术制备p型As原位掺杂的碲镉汞cap层材料,从而获得p+-on-n型双层异质结材料,并通过湿法腐蚀、台面刻蚀以及钝化等工艺得到碲镉汞 p+-on-n长波异质结台面型器件。p+-on-n异质结器件结构可以有效克服少子寿命偏低等问题,在长波及甚长波波段具有更低的暗电流和更高的R0A值,这对于解决目前长波碲镉汞红外探测器暗电流大、结阻抗低的问题,提高长波及甚长波波段碲镉汞红外焦平面器件的性能具有重要的意义。     

不同结构的碲镉汞长波光伏探测器的暗电流研究

摘要对B^ 注入的n-on-p平面结和分子束外延(MBE)技术原位铟掺杂的n-on-p台面异质结的碲镉汞(HgCdTe)长波光伏探测器暗电流进行了对比分析．与n-on-p平面结器件相比，原位掺杂的n-on-p台面异质结器件得到较高的零偏动态阻抗一面积值(RoA)．通过与实验数据拟合，从理论上计算了这两种结构的器件在不同温度下的RoA和在不同偏压下的暗电流，得到一些相关的材料和器件性能参数．     

第三代红外焦平面基础技术的研究进展

叙述了围绕第三代红外焦平面的需求所进行的HgCdTe分子束外延以及台面结芯片技术研究的一些成果。对GaAs、Si基大面积异质外延、p型掺杂以及台面刻蚀等主要难点问题进行了阐述。研究表明，7.6 cm(3 in)材料的组分均匀性良好，晶格失配引发的孪晶缺陷可以通过合适的低温成核方法得到有效抑制。在GaAs和Si衬底上外延的HgCdTe材料的(422)X射线衍射半峰宽的典型值为55″~75″。对ICP技术刻蚀HgCdTe的表面形貌、刻蚀速率、反应微观机理、负载效应和刻蚀延迟效应以及刻蚀损伤进行了研究，得到了高选择比的掩模技术和表面光亮、各向异性较好的刻蚀形貌。采用HgCdTe多层材料试制了长波n?蛳on?蛳p以及p?蛳on?蛳n型掺杂异质结器件以及双色红外短波/中波焦平面探测器，取得了一些初步结果。     

替代衬底上的碲镉汞长波器件暗电流机理

基于暗电流模型,通过变温I-V分析长波器件(截止波长为9~10μm)的暗电流机理和主导机制.实验对比了不同衬底、不同成结方式、不同掺杂异质结构与暗电流成分的相关性.结果表明,对于B+离子注入的平面结汞空位n~+-on-p结构,替代衬底上的碲镉汞(HgCdTe)器件零偏阻抗(R0)在80 K以上与碲锌镉(CdZnTe)基碲镉汞器件结阻抗性能相当.但替代衬底上的HgCdTe因结区内较高的位错,使得从80 K开始缺陷辅助隧穿电流(I_(tat))超过产生复合电流(I_(g-r)),成为暗电流的主要成分.与平面n~+-on-p器件相比,采用原位掺杂组分异质结结构(DLHJ)的p~+-on-n台面器件,因吸收层为n型,少子迁移率较低,能够有效抑制器件的扩散电流.80 K下截止波长9.6μm,中心距30μm,替代衬底上的p~+-on-n台面器件品质参数(R0A)为38Ω·cm2,零偏阻抗较n-on-p结构的CdZnTe基碲镉汞器件高约15倍.但替代衬底上的p+-on-n台面器件仍受体内缺陷影响,在60 K以下较高的Itat成为暗电流主导成分,其R0A相比CdZnTe基n~+-on-p的HgCdTe差了一个数量级.     

HgCdTe多层异质结红外探测材料与器件研究进展

HgCdTe多层异质结技术是未来主流红外探测器发展的重要技术方向,在高工作温度、双/多色和雪崩光电管等高性能红外探测器中扮演着重要的角色。近年来基于多层异质结构的HgCdTe高工作温度红外探测器得到了快速发展,尤其是以势垒阻挡型和非平衡工作P+-π(ν)-N+结构为主的器件受到了广泛的研究。本文系统介绍了势垒阻挡型和非平衡工作P+-π(ν)-N+结构HgCdTe红外探测器的暗电流抑制机理,分析了制约两种器件结构发展的关键问题,并对国内外的研究进展进行了综述。对多层异质结构HgCdTe红外探测器的发展进行了总结与展望。     

甚长波碲镉汞红外探测器制备研究

报道了碲镉汞甚长波红外焦平面探测器的最新研究进展。采用水平液相外延In掺杂和垂直液相外延Ａs掺杂技术生长了高质量的p on n型双层异质结材料。并通过提高材料质量将双层异质结材料的双晶衍射半峰宽控制在30 arcsec以内。基于台面器件加工、表侧壁钝化以及In柱互连工艺,制备了640×512,25μm碲镉汞甚长波红外焦平面器件。通过进一步优化了材料生长和芯片制备工艺,在65 K的工作温度下,该器件的截止波长为1435 μｍ,有效像元率为9806,平均峰值探测率为809×1010cm·Hz1/2·W-1。     

HgCdTe混合焦平面阵列

前言近年来,HgCdTe已成为高密度焦平面阵列第二代红外成像系统的重要的半导体材料。为得到所需性能,提出一种采用HgCdTe光电二极管和硅电荷耦合器件的混合焦平面结构。异质结和薄基底二极管结构可保证在3～5微米和8～12微米两个波段制成性能高的器件。因为这两种结构都可大大降低饱和电流密度。本文介绍异质结和薄基底混合阵列的最近发展。     

p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件技术研究

As注入掺杂的p-on-n结构具有暗电流小、R₀A值高、少子寿命长等优点,是长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件发展的重要趋势。介绍了由昆明物理研究所研究制备的77 K温度下截止波长为9.5 μm、10.1 μm和71 K下14.97 μm 的p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件,对器件的响应率、NETD、暗电流及R₀A等性能参数进行测试分析。测试结果表明,器件的有效像元率在99.78%~99.9%之间,器件的NETD均小于21 mK。实现了p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件的有效制备。     

32×32长波红外焦平面器件研制和室温目标红外热图像

文章介绍了32×32元长波碲镉汞混成焦平面器件研制及室温目标红外热成像演示。该器件采用MBE碲镉汞薄膜材料、全平面离子注入成结工艺、Si－CMOS读出电路、倒焊互联混成、背照工作模式。所研制的32×32元碲镉汞长波焦平面器件获得了突破性进展，最新结果为Dλ*＞1×1010cmHz1／2W－1，响应率不均匀性为12．4％，有效像元＞98％，NETD约为0．1K（FOV＝60°），响应波长8～10μm。该器件实现了室温目标红外热成像。该项工作处于国内领先水平。在研制过程中解决了一系列关键问题，为研制更大规模的红外焦平面器件奠定了坚实的技术基础。     

3英寸Si基碲镉汞分子束外延工艺研究

随着红外焦平面阵列规模的扩大,由于尺寸和成本的限制,传统晶格匹配的碲锌镉衬底逐渐成为碲镉汞红外焦平面探测器发展的瓶颈,大尺寸、低成本硅基碲镉汞材料应运而生。本文采用分子束外延工艺生长获得了3 in Si基中波碲镉汞薄膜材料,通过采用金相显微镜、傅里叶红外光谱仪、双晶X射线衍射仪、湿化学腐蚀位错密度(EPD)法、Hall测试系统等检测手段对Si基中波碲镉汞分子束外延薄膜材料进行表面、光学、结构和电学性能表征,并采用标准平面器件工艺制备中波640×512焦平面探测阵列进行材料验证,结果表明该材料性能与国际先进水平相当。     

n-HgCdTe光导器件的两种表面钝化研究

利用 Ar 束溅射沉积技术实现了 Cd Te薄膜的低温生长 ,利用电化学方法进行了 Hg Cd Te表面自身阳极氧化膜的生长 ,利用生长的 Cd Te介质膜和 Hg Cd Te表面自身阳极氧化膜对 n- Hg Cd Te光导器件进行了表面钝化 .对两种器件的电阻、各项性能指标进行了测量分析 ,实验表明得到的 Cd Te/ Hg Cd Te界面质量已达到器件实用化水平 .     

MBE生长碲镉汞的砷掺入与激活

采用As掺杂和激活技术制备的p+-on-n异质结材料是获得高性能长波碲镉汞红外焦平面器件的关键技术之一,得到了广泛关注.采用变温IV拟合的方法,对不同As掺入浓度与器件结性能相关性进行了分析,发现降低结区内As掺杂浓度可以有效抑制器件的陷阱辅助隧穿电流.拟合结果表明,较高浓度的Nt很可能与高浓度As掺入相关.因此As的稳定均匀掺入和激活被认为是主要技术挑战.实验研究了分子束外延过程中Hg/Te束流比与As掺入效率的关系,发现相对富Hg的外延条件有助于提高As掺杂效率.研究还发现As的晶圆内掺杂均匀性与Hg/Te束流比的均匀性密切相关.对As的激活退火进行了研究,发现在饱和Hg蒸汽压中采用300℃/16h+420℃/1 h+240℃/48 h的退火条件能明显提升碲镉汞中As原子的激活率.     

室温短波碲镉汞结区的LBIC方法研究

室温短波碲镉汞焦平面技术在军事与航天工业上的应用越来越广泛,列阵中探测器的尺寸正不断减小,这使得常规工艺形成的光伏探测器,其有效光敏面面积扩大的问题越来越突出．我们利用激光诱导电流(LBIC)检测系统测试了室温短波碲镉汞n—on—p芯片的光响应分布,证实了有效光敏面扩大的存在．从实验结果看,结区的侧向扩散收集效应是造成目前常规工艺形成的光伏器件光敏面面积扩大的主要因素．     

Characterization of electrically active defects in photovoltaic detector arrays using laser beam-induced current

One of the main limitations in the operability of modern infrared focal plane arrays of p-n junction diodes formed on molecular-beam epitaxy (MBE)-grown HgCdTe is the effect of localized defects. Such defects, including voids, triangles and microvoids, are a feature of the MBE growth regime and can compromise the performance of devices fabricated within the vicinity of electrically active defects. While such defects can often be identified visually, not all defects are electrically active such that they provide a current leakage path shunting the p-n junction of the individual photodiode. In this paper, the use of laser beam-induced current is proposed as a nondestructive characterization technique, and quantitative aspects of its use in the study of electrically active defects in photodiode arrays are examined.     

Monolithically integrated HgCdTe focal plane arrays

The cost and performance of hybrid HgCdTe infrared (IR) focal plane arrays are constrained by the necessity of fabricating the detector arrays on a CdZnTe substrate. These substrates are expensive, fragile, available only in small rectangular formats, and are not a good thermal expansion match to the silicon readout integrated circuit. We discuss in this paper an IR sensor technology based on monolithically integrated IR focal plane arrays that could replace the conventional hybrid focal plane array technology. We have investigated the critical issues related to the growth of HgCdTe on Si read-out integrated circuits and the fabrication of monolithic focal plane arrays: (1) the design of Si read-out integrated circuits and focal plane array layouts; (2) the low-temperature cleaning of Si(001) wafers; (3) the growth of CdTe and HgCdTe layers on read-out integrated circuits; (4) diode creation, delineation, electrical, and interconnection; and (4) demonstration of high yield photovoltaic operation without limitation from earlier preprocessing such as substrate cleaning, molecular beam epitaxy (MBE) growth, and device fabrication. Crystallographic, optical, and electrical properties of the grown layers will be presented. Electrical properties for diodes fabricated on misoriented Si and readout integrated circuit (ROIC) substrates will be discussed. The fabrication of arrays with demonstrated I–V properties show that monolithic integration of HgCdTe-based IR focal plane arrays on Si read-out integrated circuits is feasible and could be implemented in the third generation of IR systems.     

As注入长波碲镉汞红外探测器工艺研究

p-on-n结构的碲镉汞红外探测器具有长的少子寿命、低暗电流、高R0A值等优点,是高温器件、长波甚长波器件发展的重要器件结构.而国内还鲜有砷注入掺杂p-on-n长波HgCdTe探测器的相关报道,为了满足军事、航天等领域对高性能长波探测器迫切的应用需求,针对As离子注入的长波p-on-n碲镉汞红外探测器退火工艺技术进行研...     

碲镉汞红外焦平面器件热失配应力研究

采用有限元分析方法研究了碲镉汞红外焦平面器件在低温下由于不同热膨胀系数引起的热失配应力,提出了两种焦平面器件结构,可以有效地降低热应力,并应用于实际器件的制备,明显提高了碲镉汞焦平面器件的可靠性.     

液相外延用碲镉汞母液晶锭的组分均匀性

开展了液相外延用碲镉汞母液晶锭的合成工艺优化研究.通过优化合成温度、合成时间、摇炉速率和淬火工艺,有效提高了碲镉汞晶锭的纵向组分均匀性.用改进工艺后合成的碲镉汞母液晶锭生长了28个外延薄膜样品,其组分平均偏差为0.95%,满足第二代红外焦平面探测器研制对探测器材料组分均匀性的要求.     

碲镉汞焦平面器件背面减薄技术

采用机械抛光和机械化学抛光的方法进行碲镉汞焦平面器件的碲锌镉衬底背面减薄,最后利用专用腐蚀液腐蚀的方法将碲锌镉衬底全部去除,碲镉汞完全露出;器件测试结果表明减薄后的MW1280×1024器件经受高低温循环冲击的可靠性显著提高。