碲镉汞晶片表面加工损伤的电化学腐蚀观察方法

本文报道一种新的观察碲镉汞（ＣＭＴ）晶片表面加工损伤的方法──电化学腐蚀法。文中讨论了电化学腐蚀法的原理，给出了实验结果。实验表明：机械磨抛的ＣＭＴ晶片表面的加工损伤可用电化学腐蚀法清楚地揭示出来；磨抛产生的机械划痕在电化学腐蚀前后一一对应，而且腐蚀后可清晰、直观地看到腐蚀前看不见的机械划痕；结合化学腐蚀的方法测量了一定磨抛条件下Ｗ３．５磨料在ＣＭＴ晶片表面产生的最大加工损伤深度约３２～４０ｐｍ；机械磨抛产生的划痕和其在表面留下的应力沟道区是ＣＭＴ晶片表面在磨抛加工中受到损伤的主要机构。分析认为平均损伤深度主要影响磨抛ＣＭＴ晶片的表面复合速度，而最大加工损伤深度则对ＣＭＴ器件、特别是多元器件性能参数的均匀性影响比较大；故控制好ＣＭＴ晶片表面加工的最大损伤深度也是制备性能均匀的ＣＭＴ多元探测器的一个重要环节。     

碲镉汞晶片表面加工损伤的电化学腐蚀观察方法

本文报道了一种新的观察碲镉汞（ＣＭＴ）晶片表面加工损伤的方法－－电化学腐蚀法。文中讨论了电化学腐蚀法的原理，给出了实验结果。实验表明：机械磨抛的ＣＭＴ晶片表面的加工损伤可用电化学腐蚀法清楚地揭示出来；磨抛产生的机械划痕在电化学腐蚀前后一一对应，而且腐蚀后可清晰、直观地看到腐蚀前看不见的机械划痕；结合化学腐蚀的方法测量了一定磨抛条件下Ｗ３．５磨料在ＣＭＴ晶片表面产生的最大加工损伤深度约３２－－４０μ     

磨抛工艺中HgCdTe晶片的表面损伤

用Ｘ射线反射形貌术研究了磨抛工艺在用Ｔｅ溶剂法和布里奇曼法生长的碲镉汞晶片表面引入的损伤，发现精磨精抛的ＨｇＣｄＴｅ晶片表面的损伤结构与切割、粗磨造成的损伤结构明显不同。根据实验结果分析，认为机械划痕是精磨精抛过程中的主要损伤结构，并提出一个新的表面损伤模型──表面不完全损伤模型。用Ｘ射线形貌相测出了精磨精抛ＨｇＣｄＴｅ晶片表面的平均损伤和最大损伤深度。结合压痕实验，确定了机械划痕周围的晶格应变区是高密度位错增殖区；在特定条件下，测出两者之间的比值约为５。最后讨论了最大损伤深度和平均损伤深度对探测器性能的影响。     

影响光导型Hg_(1-x)Cd_xTe探测器表面复合速度的工艺因素

利用复合速度的大小判断HgCdTe光导探测器表面的好坏,可确定制作光导器件较好的表面工艺条件。实验表明,磨料粒度大小、晶片表面腐蚀时间长短及晶片表面形貌与表面复合速度密切相关。Auger谱与XPS谱分析表明,腐蚀晶片后的表面沾污和自然氧化是无法克服的。因此,晶片表面采用阳极氧化工艺自生长氧化膜是必要的。通过低电流溶解,在搅拌电解液下电腐蚀后再进行阳极氧化,可改进器件表面状况。它比用粗磨料磨后腐蚀的晶片表面复合速度减小1～2个量级。     

多元HgCdTe线列探测器的同步辐射形貌术分析

利用同步辐射拍摄了长波光导多元HgCdTe探测器芯片的高分辨率的白光形貌相,观察到多元线列器件探测元中明显存在晶格应变区、亚晶界、滑移面等缺陷.实验结果表明:多元线列器件探测元的性能与其光敏区HgCdTe材料中的晶体缺陷密切相关,器件工艺对HgCdTe晶片的应力状态有极大的影响,器件工艺对材料的应力作用可从多元器件探测元晶格的完整性反映出来.     

碲镉汞表面处理中异常现象的分析及控制（英文）

表面处理是碲镉汞（HgCdTe）红外探测器芯片制作流程的开始，其效果会直接影响芯片的良品率。采用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）分析手段，探究了碲镉汞表面处理工艺中四种典型的表面异常现象的成因，并提出了相应的控制措施。水痕缺陷的形成机理为吸氧腐蚀，通过稳定氮气气流快速将晶片表面吹干可以控制该缺陷的形成；染色现象的成因为腐蚀液被不均匀稀释或腐蚀液被水等杂质污染，工艺中应严格避免杂质的污染，腐蚀结束后快速冲洗表面；圆斑现象是由于缺陷处吸附清洗液引起，采用异丙醇浸泡后再干燥可以降低该缺陷出现的概率；甲苯与HgCdTe表面直接接触时会导致碲镉汞表面粗糙度增大，工艺中需要避免甲苯和HgCdTe表面的直接接触。     

HgCdTe材料的溴-甲醇抛光工艺研究

碲镉汞(HgCdTe)红外探测器制备中的化学-机械抛光工艺会在碲镉汞材料表面形成一定深度的损伤层。用溴-甲醇化学机械抛光取代溴腐蚀工艺,有效地降低了抛光过程所产生的表面损伤。在溴-甲醇抛光工艺中,可变参数有溶液的浓度比、抛光时间、转盘转速等,不同的参数组合对于抛光效果有不同的影响,经过正交试验可以以较少的试验次数高效经济地得到最佳的溴-甲醇抛光工艺参数组合。以该优化参数进行抛光所得到的碲镉汞材料通过XRD测试以及Ar+刻蚀后表面形貌的测试表明,HgCdTe晶片表面剩余损伤大大减小。     

InSb晶片化学抛光研究

机械抛光会给InSb晶片表面造成一定程度的机械损伤,增加表面的粗糙度,从而影响器件的性能.化学抛光可以有效地去除表面划痕,改善晶片的表面形貌,降低粗糙度.用低浓度的澳一甲醇溶液对机械抛光后的InSb晶片进行了化学抛光,并对化学抛光前后的InSb晶片进行了表面形貌、总厚度偏差(TTV),粗糙度、表面组分和杂质对比分析.实验结果表明,用低浓度的溴-甲醇溶液对InSb晶片进行化学抛光,腐蚀速率平稳且容易控制,能有效去除表面划痕,从而得到光滑、平坦的表面.晶片表面的粗糙度为6.443nm,TTV为3.4μm,In/Sb原子比接近1.与传统的腐蚀液CP4-A,CP4-B相比,用低浓度的溴-甲醇溶液对InSb晶片进行化学抛光,可以获得更低的表面粗糙度和TTV,且In/Sb的原子比更接近于1.     

4H-SiC(0001)硅面原子级平整抛光方法

以4H-SiC(0001)面Si面为加工对象,提出了一种可以快速获得平整、无损伤表面的化学机械抛光方法。先在复合铜、锡盘上对2英寸(1英寸=2.54 cm)的SiC晶片进行机械抛光,去除研磨造成的损伤层和划痕,最后用特殊的抛光液进行化学机械抛光。用微分干涉显微镜和原子力显微镜观察晶片表面形貌的变化,观察结果显示,经3 h抛光后晶片的表面粗糙度状况得到了明显的改善,表面没有观察到划痕,表面粗糙度值达到了0.1 nm以下,并且出现规则排列的原子台阶构型,达到了原子级平整。实验研究了抛光液组成对抛光效果的影响,在最优的条件下,化学机械抛光的去除速率约为387 nm/h。     

InSb(111)A面腐蚀坑成因分析

采用光学显微镜和光学轮廓仪分析了InSb晶片(111)A面经特定腐蚀剂腐蚀后出现的两种特征腐蚀坑,并通过多次腐蚀试验观察了这两种腐蚀坑形貌的演变。从理论上对腐蚀坑形貌的成因进行了分析,结果显示1类特征腐蚀坑的成因是由于晶片固有的位错缺陷,2类特征腐蚀坑可能是由于晶片表面存在一定深度的损伤层引起的。     

分子束外延材料表面平整度的研究

分子束外延Si基HgCdTe材料的表面平整度对红外焦平面组件的制备有重要的影响。分子束外延的Si基复合衬底作为HgCdTe分子束外延的衬底材料对最终外延材料的表面平整度的影响较大。本文通过研究工艺过程中各外延因素对Si片和衬底材料表面平整度的影响,通过实验发现脱氧工艺的高温影响最大,其次是Si片自身的表面平整度和外延膜层的厚度。因此要获得低表面平整度的Si基复合衬底必须满足以下三个条件:低Si片表面平整度,低脱附工艺温度,低外延膜厚。     

碲镉汞小晶片中缺陷的X射线形貌相检测

用X射线劳厄透射形貌术拍摄了用于制备多元线列探测器的碲镉汞小晶片的形貌相,观察到在碲镉汞小晶片中存在的各种晶体缺陷,如晶格扭曲、亚晶块、滑移线和其它缺陷。结合晶片扭曲和滑移的模型,分析了小晶片的受力状况。实验表明,在普通的X射线光源上,用劳厄透射形貌术能以20μm的分辨率无损检测用于制备多元线列探测器的碲镉汞小晶片中的晶体缺陷;在不良的器件工艺中,小晶片的晶格会受到明显的损伤,严重地影响了小晶片的电学参数和多元线列探测器的性能。     

表面划痕对熔融石英材料损伤特性的影响

为进一步了解缺陷材料的损伤特性,建立了激光诱导缺陷材料场损伤分析模型。基于电子增值理论,分析了单划痕的形状和深度以及交叉划痕对光场的调制作用,并深入分析了划痕对材料损伤特性的影响。研究表明,表面划痕对光场产生调制,使光场分布不均。局部光场增强,使材料损伤阈值降低。相比三角形和圆弧形划痕,矩形划痕缺陷熔融石英的调制光场最强,其损伤阈值随划痕深度的增加而降低。另外,若材料表面存在交叉划痕,划痕交叉角会影响材料的损伤特性。交叉角从0°增加到90°的过程中,划痕对光场的作用先增强再减弱。     

碲镉汞红外探测器电极接触研究北大核心CSCD

金属/碲镉汞电极接触是红外焦平面探测器的重要组成部分,对器件的性能与稳定性影响较大。然而在碲镉汞金属化过程中,金属离子能量较高将有可能对碲镉汞表面造成损伤。本文采用了离子束沉积系统生长金属电极,探究了束流、束压以及热处理等条件对碲镉汞红外探测器接触性能的影响。研究表明,碲镉汞在生长电极后表面会受到一定程度的损伤;随着离子能量的升高,对材料表面损伤加剧。在I-V曲线中,电极沉积损伤较大的器件表现出软击穿现象;在热处理后,在一定程度上可以修复电极沉积时能量过大造成的损伤,提高了电极接触性能。     

硒化镉晶片的化学机械抛光

硒化镉(CdSe)的表面加工质量对CdSe基器件的性能至关重要.化学机械抛光(CMP)是一种获得高质量晶体加工表面的常用方法.为改善CdSe晶片的表面加工质量,以SiO2水溶胶配制抛光液,研究了抛光液磨料质量分数、抛光液pH值、氧化剂NaClO的质量分数、抛光盘转速和抛光时间等因素对CdSe晶片抛光去除速率和表面质量的影响,优化了CdSe的CMP工艺参数.结果表明,在优化工艺条件下,CdSe的平均去除速率为320 nm/min,晶片的抛光表面无明显划痕和塌边现象.原子力显微镜(AFM)测量结果表明,抛光后的CdSe晶片表面粗糙度为0.542 nm,可以满足器件制备要求.     

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。     

液相外延碲镉汞薄膜的表面损伤研究

HgCdTe薄膜表面损伤层厚度测试对其加工工艺及其重要。本文采用白光干涉仪对HgCdTe薄膜表面粗糙度测试,并与损伤层厚度对比,研究发现粗糙度值达到稳定值后,上一步工艺引入的表面损伤已经完全去除,表面的损伤为抛光工艺引入的损伤。这一方法,既能方便快捷地确定损伤层是否完全去除,又未对测试样品产生破坏。     

10.6 μm激光对HgCdTe焦平面器件热应力的分析

建立了HgCdTe红外焦平面器件的多膜层理论模型,利用有限元分析的方法,对10.6μm激光辐照下HgCdTe红外焦平面器件的升温情况与热应力分布情况进行模拟,并通过参考已有文献的实验结果,验证了理论模型的合理性。理论分析结果表明:激光作用时探测器的温度场变化剧烈,200 W/cm2连续激光作用1 s后,HgCdTe感光层所受热应力为-986 MPa;脉宽100 ns,功率密度15 MW/cm2脉冲激光作用后,HgCdTe感光层所受热应力为-1300 MPa,都比器件制造过程中由于热失配而产生的热应力大;应力损伤发生的概率增大,可能比热损伤先发生,是HgCdTe红外焦平面器件激光损伤中的重要原因。     

HgCdTe钝化过程中形成的镶嵌结构及其热处理效应

通过高分辨X射线衍射仪中的二维点阵研究了溅射的CdTe介质膜对HgCdTe外延层的影响．发现在高溅射能量下沉积的钝化膜由于应力的作用,HgCdTe晶片出现弯曲及大量镶嵌结构,而这种镶嵌结构可通过合理的热处理工艺消除．