InSb薄膜分子束外延技术研究

InSb材料由于其优异的光电性能,一直是军事领域重要的红外探测器材料。而高温工作是InSb发展的一个重要方向,开发分子束外延InSb材料是实现高温工作的基础。本文采用分子束外延工艺生长获得了高质量的InSb薄膜,通过金相显微镜、X射线双晶衍射仪、原子力显微镜、SEM和EDX等检测手段对InSb外延膜进行表面缺陷、晶体质量表征和分析,并采用标准的InSb器件工艺制备128×128焦平面探测器芯片进行材料的验证,结果表明该材料性能可以满足制备高性能器件的要求。     

低Al组分In1-xAlxSb薄膜的MBE生长和优化

采用分子束外延的方法进行了低Al组分In1-xAlxSb薄膜的生长和优化。通过在InSb(100)衬底上外延生长一系列不同条件的In1-xAlxSb薄膜,分析总结了衬底的热脱氧特征以及InAlSb薄膜低Al组分(2%左右)的控制,探讨了退火和InSb缓冲层的优化等参数对In1-xAlxSb外延薄膜表面形貌和质量的影响。测试结果表明薄膜质量得到极大改进。     

InAlSb红外光电二极管性能研究

在InSb衬底上利用分子束外延生长了p-i-n结构的InAlSb/InSb材料,通过在吸收层和接触层之间生长宽禁带的InAlSb势垒层,验证了势垒层对耗尽层中暗电流的抑制作用。分别基于外延生长的InAlSb材料和InSb体材料,借助标准工艺制备出二极管,并对其电性能进行测量分析,研究发现:77 K温度时,在-0.1 V的外偏电压下,p+-p+-n--n+结构和p+-n--n+结构InAlSb器件的反偏电流分别为3.410-6 Acm-2和7.810-6 Acm-2。基于p+-p+-n--n+结构研制的InAlSb二极管的暗电流保持在一个很低的水平,这为提高红外探测器的工作温度提供了重要基础。     

分子束外延InSb薄膜缺陷分析

实现高温工作已经成为了第三代红外探测器的重要发展方向。为了达到这个目标,首先要降低探测器材料的各种缺陷。本文主要研究了不同生长条件对InSb分子束外延薄膜的晶体质量的影响,并采用金相显微镜、X射线双晶衍射仪、扫描电子显微镜及X射线能谱仪等检测手段对外延膜缺陷进行了研究,综合分析了各缺陷的特征、起因、消除方法等。通过优化外延条件,外延膜宏观生长缺陷最低值达到483 cm-2。     

薄层SOS薄膜材料外延生长及其器件应用

亚微米CMOS/SOS器件发展对高质量的100-200纳米厚度的薄层SOS薄膜提出了更高的要求.实验证实;采用CVD方法生长的原生SOS薄膜的晶体质量可以通过固相外延工艺得到明显改进.该工艺包括:硅离子自注入和热退火.X射线双晶衍射和器件电学测量表明:多晶化的SOS薄膜固相外延生长导致硅外延层晶体质量改进和载流子迁移率提高.固相外延改进的薄层SOS薄膜材料能够应用于先进的CMOS电路.     

外延型InSb(InAlSb)探测器工艺分析

结合相关文献对近年来InSb基MBE外延InSb(InAlSb)材料工艺及器件性能进行了梳理分析和总结,对还存在的问题进行了探讨。InSb基外延材料(尤其是InAlSb)确实具有低暗电流、噪声抑制、高工作温度和温度稳定性优势,但材料中存在的较多缺陷影响了探测器的信号电流、探测率、响应率和电阻。分子(原子)氢脱氧技术、生长温度和V/III比等工艺参数优化可以降低材料表面缺陷,提高像元的均匀一致性;继续优化材料结构和掺杂,可以提高探测器的信号响应和工作温度;继续优化刻蚀等器件工艺可为外延型大面阵焦平面阵列制备奠定基础。     

薄层SOS薄膜材料外延生长及其器件应用

亚微米 CMOS/ SOS器件发展对高质量的 1 0 0 - 2 0 0纳米厚度的薄层 SOS薄膜提出了更高的要求 .实验证实 :采用 CVD方法生长的原生 SOS薄膜的晶体质量可以通过固相外延工艺得到明显改进 .该工艺包括 :硅离子自注入和热退火 .X射线双晶衍射和器件电学测量表明 :多晶化的 SOS薄膜固相外延生长导致硅外延层晶体质量改进和载流子迁移率提高 .固相外延改进的薄层 SOS薄膜材料能够应用于先进的 CMOS电路 .     

InAs薄膜Hall器件的材料生长与特性研究

本文在国内首次报道了利用ＩｎＡｓ外延薄膜制作霍尔器件，通过分子束外延技术在ＧａＡｓ衬底上生长的ＩｎＡｓ薄膜具有较高的迁移率和较好的温度特性．用这种材料制作的霍尔器件在每千欧姆内阻条件下灵敏度与ＧａＡｓ平面Ｈａｌ器件相比提高了５０％．     

MCT液相外延薄膜的研制

用开管水平卧式液相外延系统在不同生长条件下生长了不同 x 值的MCT 液相外延薄膜。通过对外延生长工艺的控制,外延薄膜的表面形貌有较大改善,残留母液大为减少;外延薄膜的结构参数、电学参数和光学参数均有较大改善和提高。分析表明外延膜有较高的质量。短波材料和中波材料均已作出性能较高的器件。     

MBE法生长碲汞镉合金薄膜的前景

制备高性能HgCdTe多元列阵探测器,需要高质量的晶体材料。本文介绍了目前已有的HgCdTe薄膜外延生长工艺,比较了液相外延(LPE)、分子束外延(MBE)、有机金属化学汽相淀积(MOCVD)、激光蒸发淀积(LADA)等HgCdTe薄膜外延生长工艺的优缺点,着重     

高Al组分In1-xAlx Sb/InSb的MBE生长研究

高Al(10%~15%)组分的In1-xAlx Sb层可作为势垒层以抑制隧穿暗电流、提高器件工作温度而显得很重要。采用分子束外延的方法对InSb(100)衬底高Al组分的In1-xAlx Sb/InSb外延生长进行了实验探索,确定出了Al组分(约12.5%)并讨论了Al组分梯度递变的In1-xAlx Sb缓冲层和生长温度对外延薄膜质量的影响。     

高质量5 in InSb单晶生长

锑化铟(InSb)焦平面探测器是中波红外探测领域应用广泛的一种探测器。作为制备探测器的基础,InSb晶体材料的质量和性能显得尤为重要。近年来InSb晶体材料在向高质量大尺寸方向发展。通过多举措坩埚设计和温场条件设计,采用直拉法生长了直径大于135 mm的InSb单晶。测试结果表明,5 in晶片的位错腐蚀坑密度小于50 cm^-2,双晶衍射峰的半峰宽为8.32 arcsec,晶体具有相当好的完整性。通过优化生长工艺参数,晶体生长过程中具有较为平坦的固液界面,表现出良好的径向电学均匀性。这为制备低成本和超大规模InSb红外探测器阵列奠定了基础。     

高工作温度InAlSb红外探测器的研究进展

概括了国外InAlSb红外探测器的研究现状、材料性质以及发展趋势,并介 绍了几种不同的器件结构及其性能情况。InAlSb/InSb红外探测器的设计目标主要是通过抑制暗电流来 提高探测器的工作温度。近年来,基于传统InSb探测器的成熟工艺与技术,InAlSb探测器的性 能得到了不断提升。该研究对红外制导、预警等军事领域具有重要的研究意义和应用价值。     

基于高温热处理的InSb晶片性能研究

近年来,为了满足新一代百万像元、高集成度、高性能红外焦平面探测器的发展需求,人们对高晶格质量、高表面状态InSb晶片的要求越来越高。为了提高用生长态晶体加工的InSb晶片的性能,对晶片高温热处理进行了研究。通过采用特殊设计的晶片承载装置并结合相应的晶片热处理配合方法,优化了晶体生长态遗传的固有缺陷以及由晶片加工过程引入的加工缺陷;改善了InSb晶片的化学计量比,释放了晶片内部的残余应力;提高了晶格质量,优化了晶片整片的平面度,最终提高了InSb晶片的整体质量,为制备高性能大规格红外焦平面探测器奠定了材料基础。     

电学性能不反常的本征GaAs基InSb异质外延研究

采用三步工艺进行了GaAs基InSb的异质外延生长并结合实验数据和文献资料研究了生长温度和速率、InSb层的厚度、低温缓冲层质量和双In源工艺对材料Hall电学性能等的影响。发现温度和生长速率对室温载流子迁移率和本征载流子浓度影响不太大;晶体XRD FWHM随膜厚的增加而逐渐地减小;低温缓冲层的界面质量和厚度对表面形貌具有一定的影响,低温缓冲层的界面厚度不应小于30 nm,ALE低温缓冲层的方法可以降低局部表面粗糙度;实验发现在优化的工艺参数基础上采用双In源生长工艺可以生长出电学性能不发生反常的理想本征InSb异质外延薄膜材料。获得2μm厚GaAs基InSb层在300 K和77 K的Hall迁移率分别为3.6546×104 cm^2 V^-1 s^-1和7.9453×104 cm^2 V^-1 s^-1,本征载流子迁移率和电子浓度随温度的变化符合理论公式的预期。     

大尺寸锑化铟晶体生长等径技术研究

为了获得高质量的晶体,需要解决大尺寸锑化铟晶体生长过程中的精确等径控制问题.阐述了采用提拉法生长晶体时的直径控制原理及方法,分析了影响等径控制的温度与时滞因素,并采用计算机辅助控制方法解决了大尺寸锑化铟晶体生长过程中的精确等径控制问题.生长出的3in锑化铟晶体的生长条纹不明显,位错密度小于10个/cm2.     

分子束外延InAlSb红外探测器光电性能的温度效应

采用分子束外延生长方法在InSb （100）衬底上生长p+-p+-n-n+势垒型结构的In1-xAlxSb外延层。运用X射线衍射对材料的晶体质量及Al组分进行测试和表征,InAlSb外延层的半峰宽为0.05,表明外延材料的单晶性能良好,并通过布拉格方程和维戈定律计算出Al组分为2.5%。然后将外延材料制备成多元红外探测并测得77~210 K下的光谱响应曲线,实验发现探测器的截止波长从77 K时的4.48 m增加至210 K时的4.95 m。通过数据拟合得出In0.975Al0.025Sb禁带宽度的Varshni关系式以及其参数Eg（0）、和的值分别为0.238 6 eV,2.8710-4 eV/K,166.9 K。经I-V测试发现,在110 K,-0.1 V偏压下,器件的暗电流密度低至1.0910-5 A/cm-2,阻抗为1.40104 cm2,相当于77 K下InSb探测器的性能。同时分析了温度对器件不同类型的暗电流的影响程度,并得到器件的扩散电流与产生-复合电流的转变温度约为120 K。     

MBE生长InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料的界面控制方法分析

本文系统地介绍了MBE外延生长InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料的界面控制方法,主要包括生长中断法、表面迁移增强法、Ⅴ族元素浸润法和体材料生长法。短波（中波）InAs/GaSb超晶格材料界面采用混合（mixed-like）界面,控制方法以生长中断法为主;长波（甚长波）超晶格材料界面采用InSb-like界面,控制方法采用表面迁移增强法（migration-enhanced epitaxy, MEE）或Sb soak法及体材料生长相结合。讨论分析了InAs/GaSb超晶格材料界面类型选择的依据,简述了界面控制具体实施理论,以及相关研究机构对于不同红外探测波段的超晶格材料界面类型及控制方法的选择。通过界面结构外延生长工艺设计即在界面控制方法的基础上进行快门顺序实验设计,有效地提高界面层的应力补偿效果,这对于长波、甚长波及双色（甚至多色）超晶格材料的晶体质量优化和器件性能提升具有重要意义。