非晶态碲镉汞薄膜晶化过程的椭圆偏振光谱研究(英文)

采用椭圆偏振光谱技术研究了非晶态碲镉汞薄膜在不同退火条件下的结构性能。结果表明非晶态碲镉汞薄膜在退火过程中的成核晶化是在薄膜内部均匀发生的,对于不同晶化程度的薄膜,其光学常数谱具有明显的特征,通过对光学常数谱的分析研究可以对非晶态碲镉汞薄膜的晶化程度进行量化表征,从而控制退火条件,优化材料质量。     

非晶态碲镉汞的暗电导率和吸收边(英文)

研究了非晶态碲镉汞(x=0.2)薄膜的暗电导率随温度变化关系,发现非晶态结构的碲镉汞材料具有明显的半导体特性,其室温禁带宽度在0.88～0.91eV之间,与通过光学方法获得的结果相符。在80～240K的温度区间非晶态碲镉汞(x=0.2)的暗电导率从1×10—8Ω—1.cm—1缓慢增大到5×10-8Ω—1.cm—1,温度大于240K时,其电导率剧烈增大到1×10—5Ω—1.cm—1,说明在240K附近非晶态碲镉汞材料的导电机制发生了变化,这对非晶态碲镉汞材料的应用研究具有重要意义。还研究了退火过程对非晶态碲镉汞薄膜电导率的影响,结果表明140℃退火后非晶态碲镉汞薄膜发生了部分晶化。     

非晶态碲镉汞薄膜的射频磁控溅射生长及其晶化过程研究

在玻璃衬底上用射频磁控溅射技术进行了非晶态碲镉汞(a-HgCdTe或a-MCT)薄膜的低温生长,获得了射频磁控溅射生长a-HgCdTe薄膜的"生长窗口".利用X射线衍射(XRD)技术对所生长的薄膜进行分析研究,a-HgCdTe薄膜的XRD衍射为典型的非晶衍射波包.椭圆偏振光谱研究结果表明,a-HgCdTe薄膜与晶态HgCdTe薄膜的折射率和消光系数均表现出明显的差异,椭圆偏振光谱技术可以作为一种非晶态半导体的结构判定手段.在90℃-215℃范围内对非晶态碲镉汞薄膜进行了真空退火处理研究其晶化过程,其晶化温度在130℃～140℃之间.     

非晶态碲镉汞薄膜的射频磁控溅射生长及其结构和光学特性

在玻璃衬底上用射频磁控溅射技术进行了非晶态碲镉汞(α-HgCdTe,α-MCT)薄膜的低温生长.采用X射线衍射(XRD)和原子力显微(AFM)技术对所生长的薄膜进行分析研究,所生长的非晶态HgCdTe薄膜表面平整,没有晶粒出现,获得了射频磁控溅射生长非晶态HgCdTe薄膜的"生长窗口".采用傅里叶红外透射光谱分析技术对非晶态HgCdTe薄膜进行了光学性能研究,在1.0～2.0μm范围内研究了薄膜的透射谱线,获得了薄膜的吸收系数(～8×104cm-1),研究了其光学带隙(约0.83eV)和吸收边附近的3个吸收区域.     

碲镉汞红外焦平面响应图"交叉线"特征起源探讨

对碲镉汞红外焦平面热响应图"交叉线"特征起源进行了研究。基于碲镉汞的闪锌矿结构晶体滑移系统理论,讨论了不同滑移面与碲镉汞薄膜生长所用(111)B面和(211)B面交线的方向,从晶格失配和应力释放的角度探讨了碲镉汞薄膜表面交叉线形貌与X射线衍射交叉线貌相的起源与几何结构,分析了碲镉汞薄膜交叉线与材料晶体质量之间的关系,探讨了碲镉汞红外焦平面热响应图交叉线特征的起源及其与器件性能的关系。     

非晶态碲镉汞薄膜的射频磁控溅射生长及其结构和光学特性

在玻璃衬底上用射频磁控溅射技术进行了非晶态碲镉汞(α-HgCdTe,α-MCT)薄膜的低温生长.采用X射线衍射(XRD)和原子力显微(AFM)技术对所生长的薄膜进行分析研究,所生长的非晶态HgCdTe薄膜表面平整,没有晶粒出现,获得了射频磁控溅射生长非晶态HgCdTe薄膜的"生长窗口".采用傅里叶红外透射光谱分析技术对非晶态HgCdTe薄膜进行了光学性能研究,在1.0～2.0μm范围内研究了薄膜的透射谱线,获得了薄膜的吸收系数(～8×104cm-1),研究了其光学带隙(约0.83eV)和吸收边附近的3个吸收区域.     

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。     

液相外延碲镉汞材料组分均匀性改善

由碲镉汞薄膜材料的厚度不均匀性入手,改进水平滑舟液相外延工艺,从而改善了碲镉汞薄膜材料组分均匀性,使距薄膜边缘1.5 mm(衬底边缘2.5 mm)以内的薄膜材料组分均匀性得到了长足的提高,增大了薄膜材料用于制备焦平面器件的利用率。中波碲镉汞材料(?1/2(77 K)=4.8?m)?x≤0.001,与国外水平相当。     

可见近红外波段碲镉汞材料光学常数测定与宽谱增透设计

将碲镉汞(Hg_(1-x)Cd_xTe)红外焦平面器件衬底去除后,其响应波段可拓展到可见光波段,在高光谱成像应用中可显著减小系统的尺寸和重量,对光电探测系统的小型化和微型化具有重要实用价值.而明确碲镉汞材料在可见近红外波段的光学常数,对碲镉汞器件在这一响应波段的性能研究具有重要意义.分别测量了不同组分碲镉汞材料的椭圆偏振光谱,拟合得到了其在400~1 600 nm波段范围内的光学常数值,并利用反射光谱对获得的光学常数进行了验证.采用这些碲镉汞外延材料光学常数测量值,并选用Zn S和YF3分别作为高低折射率的增透膜材料,针对不同响应波段的背入射可见近红外碲镉汞焦平面器件,设计了不同的宽谱增透膜系,响应波段范围内的平均透过率高于90%.     

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。     

碲镉汞霍耳测试副效应及其与组分的关系

为了准确地表述碲镉汞(Hg1-xCdxTe)的电学性能，对碲镉汞(Hg1-xCdxTe)样品进行了霍耳效应测试，讨论了伴随霍耳电压所产生的几种副效应电压的特性及其消除方法，研究了第5种电压在不同组分x碲镉汞样品上的体现。在高阻样品上拟合出第5种电压随测试电流变化曲线。分析了第5种电压和碲镉汞材料晶体质量之间的关系。     

碲锌镉晶体Zn组分的光致发光实用化研究

利用激光显微光致发光光谱仪测试了碲锌镉晶片的室温显微光致发光谱,对测得的光致发光谱进行拟合得到碲锌镉材料带隙的Eg值,根据实验总结出的Eg与Zn组分的室温计算公式,结合自主开发的Zn组分计算程序得到碲锌镉晶片上的Zn组分。所得的Zn组分结果用X射线双晶衍射进行验证,结果显示,室温下显微光致发光测得的Zn组分是相对准确可信的,可作为大量常规工艺测定Zn组分的有效工具,并且获得的Zn组分可成为外延碲镉汞薄膜时筛选匹配衬底的重要依据,同时还为研究和优化碲锌镉晶体生长工艺提供重要帮助。     

液相外延碲镉汞薄膜表面的结晶类缺陷分析

利用扫描电镜、能谱分析、光学轮廓仪以及金相显微镜等测试手段对液相外延碲镉汞薄膜表面缺陷的形貌、成分和断面进行了分析,并研究了不同种类表面缺陷的特征及来源。结果表明,液相外延碲镉汞薄膜表面上存在的结晶类缺陷往往尺寸较大或成片分布,对后续器件产生明显影响。通过分析其成因可以发现,母液均匀性的提升是减少该类缺陷和提高碲镉汞薄膜质量的关键。     

长波碲镉汞薄膜外延用碲锌镉衬底筛选方法研究

主要报道了用于提高液相外延(Liquid Phase Epitaxy, LPE)长波碲镉汞薄膜质量的碲锌镉衬底筛选方法研究。通过对碲锌镉衬底的锌组分、红外透过率、沉淀/夹杂、位错密度、X射线形貌像和X射线衍射半峰宽等参数进行全面测试以及对外延后碲镉汞薄膜的X射线形貌像和X射线衍射半峰宽进行测试评估,发现目前X射线形貌像和锌组分是影响LPE长波碲镉汞薄膜用碲锌镉衬底的重要参数。结果表明,锌组分处于4.2%～4.8%之间、形貌像衍射强度高且均匀性好是长波碲镉汞薄膜外延用衬底的理想选择。     

碲镉汞薄膜材料

碲镉汞薄膜材料电子工业部十一所陈世达碲镉汞探测器是目前最重要的红外探器之一，通过对材料组分ｘ的调节，它可以探测１～２０μｍ红外波长，在红外成象，红外、激光制导、激光雷达及激光探测方面有着极其广泛的用途。研究与发展多元和焦平面碲镉汞探测器件是国内外研究...     

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.     

分子束外延锗基碲镉汞薄膜原位砷掺杂研究

报道了基于Ge衬底分子束外延碲镉汞原位As掺杂材料的研究结果,进行了As掺杂碲镉汞薄膜生长的温度控制研究;分析了As束流对材料晶体质量的影响,结合SIMS测试技术得到了As杂质掺杂浓度与束源炉加热温度的关系;并利用傅里叶红外光谱仪、X射线双晶衍射、EPD检测等手段对晶体质量进行了分析表征,结果显示利用MBE方法可以生长出晶体质量良好、缺陷密度低的碲镉汞薄膜;进一步研究了As杂质的激活退火工艺及不同退火条件对材料电学参数的影响。     

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。