碲锌镉小角晶界的反射式X射线衍射形貌

碲锌镉晶体中存在着各种晶体缺陷,其中小角晶界是制约碲锌镉晶体质量的主要晶体缺陷之一。X射线衍射形貌术是一种非破坏性地全面研究小角晶界缺陷的有效方法。采用反射式X射线衍射形貌术对碲锌镉衬底的小角晶界缺陷进行了研究,讨论了小角晶界类型、样品扫描方向以及入射线发散度等对小角晶界缺陷的X射线衍射形貌的影响。为全面获得小角晶界缺陷的衍射形貌,应尽量选择宽的入射线狭缝,对于对称倾侧晶界和扭转晶界,应分别平行和垂直于小角晶界方向扫描。     

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.     

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。     

碲锌镉晶体中微观缺陷分析

碲锌镉晶体(CdZnTe)是一种性能优异的红外焦平面探测器衬底材料,其质量的优劣将直接影响外延层的结构与性能,而晶体中的微观缺陷常常是影响衬底材料质量的主要因素之一。本文采用红外透射显微镜、金相显微镜、X射线形貌仪、扫描电镜、白光干涉仪等仪器系统地检测和研究了碲锌镉晶体中存在的微观缺陷。研究发现碲锌镉晶体样品中主要存在层错、孪晶界和包裹物等微观缺陷,结合晶体缺陷理论详细地分析了碲锌镉晶体中微观缺陷的形成机制。     

PBN坩埚生长碲锌镉单晶的性能与缺陷研究

采用垂直布里奇曼法,利用热解氮化硼(PBN)坩埚生长碲锌镉单晶(CdZnTe),并对晶体进行定向、切割与磨抛制成(111)面碲锌镉晶片。采用傅里叶红外透过光谱仪、红外透射显微镜、金相显微镜、X射线形貌仪、X射线衍射仪和X射线双晶衍射仪等仪器系统地检测和研究了碲锌镉晶体的性能与缺陷。研究发现:相比于石英坩埚,采用PBN坩埚生长的碲锌镉晶体单晶率和出片率均大幅增加,孪晶、小角晶界和位错密度明显减少。     

红外光热吸收成像技术在碲锌镉材料检测中的应用

红外光热吸收效应作为一种无损伤非接触的检测技术,已经被广泛用于硅等半导体材料中的微缺陷表征分析.采用光热吸收技术对碲锌镉晶体中的缺陷进行扫描成像分析时发现了一种连续性的光貌相条纹,并对这些条纹的形成机理进行了研究.研究表明碲锌镉晶体中的这种连续性条纹源自于光热测试系统中入射光的干涉,这种干涉和入射光参数、测试样品的厚度、禁带宽度以及热导率等材料特性密切相关.最后,实验通过优化红外光热吸收测量系统获得了碲锌镉材料中的微缺陷结构及其在样品深度方向的三维分布图像.     

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。     

《碲镉汞和蹄锌镉晶体的显微图集》

《碲汞和碲锌镉晶体的显微图集》(以下简称《图集》)系由中国兵器工业总公司国防预研基金资助完成的研究项目,已通过总公司组织的技术鉴定,并获得部级科技进步三等奖。 　　通过X射线衍射术(包括同步辐射)、电子通道术、光学和电子金相显微术等多种技术,对探测器材料碲镉汞(Hg1-x)CdxTe)及其探测器芯片和碲锌镉(Cd1-yZnyTe)进行较深入细致的研究后制成了本《图集》。它包括两部分,即显微组织图(基础图和结构缺陷图)和探测器芯片的X射线形貌相图。基础图指具有特定晶体学取向的近完整晶体的X射线劳厄相和扫描谱及电子通道花样等;缺陷图为具有特定取向和偏离特定取向晶面上的位错和亚晶界图,孪晶和晶图以及其它缺陷和显微硬度试验图等。各图片都配有试样制备等相应注解。 　　《图集》有精选的644幅图片,以《红外技术》增刊公开的出版发行。该《图集》内文为进口128克双面铜版纸,图片电子分色,封面为硬壳精装烫金色,16开本,约200页,每本收工本费180元。欢迎订购。     

AlN缓冲层对AlGaN表面形貌的影响

使用扫描电子显微镜、高分辨率X射线衍射、Raman散射、原子力显微镜、透射电镜等测试手段,对高铝组分的AlGaN样品表面形貌的形成原因进行研究。结果表明,AlN缓冲层的晶体质量,对后续外延层的结晶质量具有重要的影响,这也解释了AlGaN表面形貌的形成。     

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。     

High-energy X-ray diffraction and topography investigation of CdZnTe

High-energy transmission x-ray diffraction techniques have been applied to investigate the crystal quality of CdZnTe (CZT). CdZnTe has shown excellent performance in hard x-ray and gamma detection; unfortunately, bulk nonuniformities still limit spectroscopic properties of CZT detectors. Collimated high-energy x-rays, produced by a superconducting wiggler at the National Synchrotron Light Source’s X17B1 beamline, allow for a nondestructive characterization of thick CZT samples (2–3 mm). In order to have complete information about the defect distribution and strains in the crystals, two series of experiments have been performed. First, a monochromatic 67 keV x-ray beam with the size of 300×300 μm² was used to measure the rocking curves of CZT crystals supplied by different material growers. A raster scan of a few square centimeter area allowed us to measure the full-width at half-maximum (FWHM) and shift in the peak position across the crystal. The rocking curve peak position and its FWHM can be correlated with local stoichiometry variations and other local defects. Typically, the FWHM values ranging from 8.3 arcsec to 14.7 arcsec were measured with the best crystal used in these measurements. Second, transmission white beam x-ray topography (WBXT) was performed by using a 22 mm×200 μm beam in the energy range of 50 keV to 200 keV. These types of measurements allowed for large area, high-resolution (50 μm) scans of the samples. Usually, this technique is used to visualize growth and process-induced defects, such as dislocations, twins, domains, inclusions, etc. the difference in contrast shows different parts of the crystal that could not be shown otherwise. In topography, good contrast is indicative of a high quality of the sample, while blurred gray shows the presence of defects. Correlation with other techniques (e.g., infrared (IR) mapping and gamma mapping) was also attempted. Our characterization techniques, which use highly penetrating x-rays, are valid for in-situ measurements, even after electrical contacts have been formed on the crystal in a working device. Thus, these studies may lead to understanding the effects of the defects on the device performance and ultimately to improving the quality of CZT material required for device fabrication. It is important to study crystals from different ingot positions (bottom, center, and top); consequently, more systematic studies involving scans from center to border are planned.     

碲锌镉衬底缺陷对液相外延碲镉汞薄膜结构的影响

采用红外显微镜、X射线双晶回摆衍射法、X射线貌相术对CdZnTe衬底中的沉淀相、亚结构、组分偏析等缺陷进行了研究,并对用此衬底液相外延的HgCdTe薄膜作了测试。结果显示：CdZnTe衬底中亚晶界处聚集的位错在外延生长中呈发散状向薄膜中延伸,造成了薄膜形成亚晶界和更大面积的由位错引起的晶格畸变应力区域,影响了薄膜结构的完整性。     

碲锌镉缓冲层液相外延技术的研究

文章报道了采用液相外延方法，在碲锌镉衬底上进行碲锌镉薄膜缓冲层生长的情况，并且采用X光双晶衍射仪、X光形貌仪、红外傅里叶光谱仪、二次离子质谱仪等手段对碲锌镉薄膜进行了表征，碲锌镉薄膜具有较好地组分及均匀性，晶体结构质量也较好。采用碲锌镉缓冲结构生长了碲镉汞液相外延片，其碲锌镉与碲镉汞薄膜界面附近的杂质得到了有效的控制。     

激光晶体Nd:YVO4的形貌及生长缺陷

本文报道了应用环境扫描电镜（ESEM）和同步辐射X射线白光形貌术对采用提拉法生长出的Nd:YVO4晶体进行的形貌及生长缺陷的分析,获得了该晶体的开裂表面的ESEM形貌像以及取自晶体肩部和中间部位的（001）面的同步辐射白光形貌像,观察到了位错、包裹物等缺陷,可为生长高质量的Nd:YVO4晶体提供重要的启示.     

碲锌镉缓冲层液相外延技术的研究

文章报道了采用液相外延方法，在碲锌镉衬底上进行碲锌镉薄膜缓冲层生长的情况，并且采用X光双晶衍射仪、X光形貌仪、红外傅里叶光谱仪、二次离子质谱仪等手段对碲锌镉薄膜进行了表征，碲锌镉薄膜具有较好地组分及均匀性，晶体结构质量也较好。采用碲锌镉缓冲结构生长了碲镉汞液相外延片，其碲锌镉与碲镉汞薄膜界面附近的杂质得到了有效的控制。     

HgCdTe／CdZnTe晶格失配与X光衍射貌相的关系研究

文章采用富Te水平推舟液相外延工艺在CdZnTe衬底上生长了HgCdTe外延薄膜。研究了外延薄膜／衬底晶格失配度、X光衍射貌相、红外焦平面器件探测率三者之间的关系。对于HgCdTe外延层的X光衍射貌相我们将其大致分为五类，分别是Crosshatch貌相、混合貌相、均匀背景貌相、Mosaic貌相以及由衬底质量问题引起的沟壑状貌相，采用Crosshatch貌相和混合貌相材料所制备的红外焦平面器件，平均来说其探测率(D*)较高。X射线双轴衍射的实验结果表明，当外延层与衬底的晶格失配度为～0.03％时，外延层会呈现明显的Crosshatch貌相；而当失配度减小时，会逐渐呈现出混合貌相、均匀背景貌相、直至失配度为负值时呈现Mosaic貌相。因此，对于特定截止波长的HgCdTe焦平面器件，可以通过控制HgCdTe／CdZnTe之间的失配，生长出符合我们要求的貌相的碲镉汞外延材料，从而来提高焦平面器件的性能。     

Improved morphology and crystalline quality of MBE CdZnTe/Si

We report on continuing efforts to develop a reproducible process for molecular beam epitaxy of CdZnTe on three-inch, (211) Si wafers. Through a systematic study of growth parameters, we have significantly improved the crystalline quality and have reduced the density of typical surface defects. Lower substrate growth temperatures (∼250–280°C) and higher CdZnTe growth rates improved the surface morphology of the epilayers by reducing the density of triangular surface defects. Cyclic thermal annealing was found to reduce the dislocation density. Epilayers were characterized using Nomarski microscopy, scanning electron microscopy, x-ray diffraction, defect-decoration etching, and by their use as substrates for HgCdTe epitaxy.     

变温循环热处理对液相外延Hg1-xCdxTe薄膜材料晶体质量的影响

采用X射线衍射双晶回摆曲线半峰宽(FWHM)、反射式X射线形貌相和腐蚀坑密度(EPD)技术对开管变温热处理前后的液相外延(LPE)Hg1-xCdxTe薄膜材料晶体质量进行了研究.变温循环热处理能有效减小液相外延Hg1-CdxTe薄膜材料的FWHM、释放材料中的应力、减少材料的腐蚀坑密度,说明变温循环热处理是一种简单而有效的改善Hg1-xCdxTe薄膜材料晶体质量的方法.     

HgCdTe晶体双晶衍射测量讨论

体晶和外延生长技术的进步明显改善了ＨｇｇＣｄＴｅ晶体的结构完整性，更多地提出了可定量评价其结晶品质的双晶衍射测量的需求。