Si基HgCdTe材料的电学特性研究

文章研究了Si基分子束外延HgCdTe原生材料、P型退火材料和N型退火材料的霍耳参数、少子寿命等材料电学特性。研究发现，晶格失配导致Si基HgCdTe材料原生材料和N型退火材料迁移率低；Si基原生HgCdTe材料属于高补偿材料，但高补偿性并非材料的固有特性，通过P型退火可使材料变为低补偿材料，迁移率得到提高。采用分子束外延方法制备的3in Si基HgCdTe材料电学性能与GaAs基HgCdTe材料相比，性能还有待提高。改进分子束外延生长工艺提高HgCdTe质量，从而进一步提高迁移率，是Si基外延研究的关键。     

Si基HgCdTe材料的电学特性研究

文章研究了Si基分子束外延HgCdTe原生材料、P型退火材料和N型退火材料的霍耳参数、少子寿命等材料电学特性.研究发现,晶格失配导致Si基HgCdTe材料原生材料和N型退火材料迁移率低;Si基原生HgCdTe材料属于高补偿材料,但高补偿性并非材料的固有特性,通过P型退火可使材料变为低补偿材料,迁移率得到提高.采用分子束外延方法制备的3in Si基HgCdTe材料电学性能与GaAs基HgCdTe材料相比,性能还有待提高.改进分子束外延生长工艺提高HgCdTe质量,从而进一步提高迁移率,是Si基外延研究的关键.     

Si基HgCdTe材料的电学特性研究

文章研究了Si基分子束外延HgCdTe原生材料、P型退火材料和N型退火材料的霍耳参数、少子寿命等材料电学特性。研究发现，晶格失配导致Si基HgCdTe材料原生材料和N型退火材料迁移率低；Si基原生HgCdTe材料属于高补偿材料，但高补偿性并非材料的固有特性，通过P型退火可使材料变为低补偿材料，迁移率得到提高。采用分子束外延方法制备的3in Si基HgCdTe材料电学性能与GaAs基HgCdTe材料相比，性能还有待提高。改进分子束外延生长工艺提高HgCdTe质量，从而进一步提高迁移率，是Si基外延研究的关键。     

平面工艺辐射探测器的研制

使用高阻 Si材料 ,通过氧化、光刻、注入和退火工艺技术研制粒子探测器—— PIN二极管 .采取 HCl氧化、慢降温等工艺措施可减小 PIN二极管的暗电流 (反向电流 ) ,这对于提高器件性能起到了关键作用 .电压为 - 5 V时 ,探测器的暗电流可达 n A/ cm2 量级 .讨论了器件暗电流与少子寿命的关系     

平面工艺辐射探测器的研制

使用高阻Si材料,通过氧化、光刻、注入和退火工艺技术研制粒子探测器——PIN二极管．采取HCl氧化、慢降温等工艺措施可减小PIN二极管的暗电流(反向电流),这对于提高器件性能起到了关键作用．电压为-5V时,探测器的暗电流可达nA/cm2量级．讨论了器件暗电流与少子寿命的关系．     

瞬态光响应法测试中波碲镉汞器件少子寿命的新方法

在测试中波碲镉汞光伏器件的瞬态响应时,当激光光斑照射器件表面位置距离光敏面较远时,器件表现为特殊的双峰脉冲响应现象,分析表明出现这种异常双脉冲现象的原因是光敏区内的少子漂移和光敏区外侧向收集的少子扩散有时间上的差异。通过对器件施加反向偏压,脉冲响应随反向偏压的增大由双峰变成单峰的实验结果,验证了少子侧向收集是导致器件形成双峰的主要原因。对第二个峰拟合得到p区的少数载流子寿命。将瞬态响应获得的少子寿命与该p型中波碲镉汞材料的理论计算和光电导衰退法得到的少子寿命相对比,发现三种方式得到的少子寿命随温度的变化趋势基本一致,这说明了可以通过瞬态光响应得到中波碲镉汞器件的少子寿命。     

γ辐照导致中波碲镉汞光伏器件暗电流退化的机理研究

针对红外探测器在空间应用中受到高能粒子辐照后暗电流退化的问题,开展射线对中波碲镉汞（HgCdTe）光伏器件暗电流影响的研究。在室温和77 K温度下,利用60Co-射线对HgCdTe器件进行辐照试验,辐照试验结束后对低温辐照器件进行77 K低温退火和室温退火。通过比较辐照前后和退火后器件的I-V特性、R-V特性和零偏动态电阻R0参数,分析了辐照对HgCdTe器件暗电流的影响机制。试验结果表明:在总剂量为7 Mrad（Si）照条件下,器件暗电流未出现明显的退化;在77 K温度辐照条件下,器件暗电流随着总剂量的增加而增加,且暗电流退化幅度与辐照过程中的偏置有关。研究表明暗电流的退化源于辐照在器件中造成电离损伤,导致器件HgCdTe化层中的界面态和空穴陷阱电荷密度增加。     

碲镉汞 PIN结构雪崩器件的I区材料晶体质量研究

本文对中波红外PIN结构的碲镉汞（HgCdTe）雪崩器件关键雪崩区域的材料晶体质量进行研究。通过在实验材料上对PIN结构雪崩器件的全过程工艺模拟,采用微分霍尔、微分少子寿命等测试手段进行材料表征,评估获得了关键雪崩区域的真实材料晶体质量。研究发现,现有优化工艺下雪崩区域的晶体质量良好,拟合材料的SRH寿命最好能达到20.7 μs,可达到原生材料SRH寿命的相当水平,满足高质量中波碲镉汞雪崩器件的研制要求。同时,我们以获得的雪崩区域SRH寿命为基础,对HgCdTe APD结构器件进行相应2维数值模拟,获得理论最优的暗电流密度8.7×10^-10 A/cm²。     

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．     

非故意掺杂吸收层InP/InGaAs异质结探测器研究

为了获得低噪声铟镓砷（InGaAs）焦平面,需要采用高质量的非故意掺杂InGaAs（u-InGaAs）吸收层进行探测器的制备。采用闭管扩散方式,实现了Zn元素在u-InGaAs吸收层晶格匹配InP/In_0.53Ga_0.47As异质结构材料中的P型掺杂,利用扫描电容显微技术(SCM)对Zn在材料中的扩散过程进行了研究,结果表明,随着扩散温度和时间增加,p-n结结深显著增加,u-InGaAs吸收层材料的扩散界面相比较高吸收层浓度材料（5×1016 cm?3）趋于缓变。根据实验结果计算了530 ℃下Zn在InP中的扩散系数为1.27×10?12 cm2/s。采用微波光电导衰退法(μ-PCD)提取了InGaAs吸收层的少子寿命为5.2 μs。采用激光诱导电流技术(LBIC)研究了室温下u-InGaAs吸收层器件的光响应分布,结果表明:有效光敏面积显著增大,对实验数据的拟合求出了少子扩散长度L_D为63 μm,与理论计算基本一致。采用u-InGaAs吸收层研制的器件在室温(296 K)下暗电流密度为7.9 nA/cm2,变温测试得到激活能E_a为0.66 eV,通过拟合器件的暗电流成分,得到器件的吸收层少子寿命τ_p约为5.11 μs,与微波光电导衰退法测得的少子寿命基本一致。     

变磁场I-V法对碲镉汞光伏器件少子扩散特性的研究

零偏压电阻-面积乘积(R0A)和反向饱和电流密度J0是决定光电二极管性能的重要参数．提出了一种对碲镉汞(Hg1-xCdxTe)光伏器件的少子扩散特性进行研究的有效方法．利用变磁场下的电流-电压(I-V)测试,得到了组分x在0．5与0．6之间的器件R0A和J0随磁场强度B变化的函数关系．由实验结果估算得到了室温工作的短波红外(SWIR)碲镉汞光伏器件的少子扩散长度．其数值与用激光诱导电流(LBIC)方法得到的相一致．     

碲镉汞pn结中少数载流子寿命的测量

采用改进的光致开路电压衰退方法测量了不同组分Hg1-xCd,Te光伏探测器中光生少数载流子寿命。激发光源为脉冲YAG激光泵浦的光学参量产生器／放大器形成的可调谐红外脉冲激光器。为了减小结电容和串联电阻的影响,引入稳态背景光照明。用存储示波器记录pn结两端开路状态下的电压变化。从指数衰退的曲线经拟合得到开路电压的衰退时间常数,认为其反映了碲镉汞pn结中光生载流子的寿命。实验结果表明：四种组分的探测器在液氮温度下其少数载流子寿命值范围在18—407ns之间。     

基于电致发光成像理论的硅太阳电池缺陷检测

基于半导体电致发光（EL）的基本理论,在理想P-N结模型条件下,定量计算正向偏压时硅太阳电池EL强度与少数载流子扩散长度的对应关系;分析了电池片中缺陷和扩散长度（EL强度）的关系,指出通过硅电池EL图像检测电池缺陷的可行性。搭建实验平台,分别拍摄单晶硅和多晶硅电池的EL图像,从中成功检测出各种缺陷;编写可视化裂纹自动检...     

Influence of hydrogenation on the dark current mechanism of HgCdTe photovoltaic detectors

The influence of hydrogenation on the dark current mechanism of HgCdTe photovoltaic detectors is studied.The hydrogenation is achieved by exposing samples to a H_2/Ar plasma atmosphere that was produced during a reactive ion etching process. A set of variable-area photomask was specially designed to evaluate the hydrogenation effect.It was found that the current-voltage characteristics were gradually improved when detectors were hydrogenated by different areas. The fitting results of experimental results at reverse bias conditions sustained that the improvement of current-voltage curves was due to the suppression of trap assisted tunneling current and the enhancement of minority lifetime in the depletion region. It was also found that the dominative forward current was gradually converted from a generation-recombination current to a diffusion current with the enlargement of the hydrogenation area, which was infered from the ideality factors by abstraction of forward resistance-voltage curves of different detectors.     

高工作温度p-on-n中波碲镉汞红外焦平面器件研究

As注入掺杂的p-on-n结构碲镉汞红外探测器件具有少子寿命长、暗电流低、R₀A值高等优点,是高温器件研究的重要技术路线之一。针对阵列规模640×512、像元中心距15 μm 的As掺杂工艺制备的p-on-n中波碲镉汞焦平面器件,测试了不同工作温度下的性能和暗电流。研究结果表明,在80 K工作温度下,器件响应表现出高响应均匀性,有效像元率达99.98%;随着工作温度升高,器件盲元增多,当工作温度为150 K和180 K时,有效像元率降低至99.92%和99.32%。由于对器件扩散电流更好的抑制,器件在160~200 K温度范围内的暗电流低于Rule-07。并且当工作温度在150~180 K时（300 K的背景下）,器件具有较好的信噪比,极大程度地体现了高温工作的可行性。     

Analysis of 1/f noise in LWIR HgCdTe photodiodes

We study the 1/f noise currents and dark currents in LWIR HgCdTe photodiodes. The measured dark currents of the diodes processed by post implantation annealing with different annealing times are analyzed using current model fitting methods. The different dark current components, such as diffusion current, generation-recombination current, band-to-band tunneling current, and trap assisted tunneling current, at various bias voltages can be separated from the measured dark currents. By the fitting analysis, some physical parameters are extracted and different annealing effects can be explained by the parameters. The improvements in diode characteristics by post implantation annealing can be explained by the changes of trap density, donor concentration, minority carrier lifetime, and generation lifetime. The 1/f noise currents are measured over a wide range of reverse bias voltages, and correlated with the extracted dark currents by superposition of the noise generated by the different dark current mechanisms. It turns out that the band-to-band tunneling has a smaller correlation with the 1/f noise than other current components, and the trap center seems to be responsible for the 1/f noise characteristics of the LWIR HgCdTe photodiodes.     

不同钝化层结构的长波碲镉汞光伏探测器的γ辐照效应

对采用单层ZnS和双层CdTe/ZnS两种钝化层结构的长波碲镉汞光伏器件进行了实时γ辐照效应研究.通过辐照过程中实时测试器件的电流-电压特性,发现随着辐照剂量的增加,两种器件表现出不同的辐照效应.结合光伏器件的电流机制分析,对器件的电阻-电压曲线进行数值拟合,发现器件的主要电流机制在偏压较大时为间接隧道电流,在偏压较小及零偏压附近时为产生-复合电流.对辐照前后器件的电阻-电压曲线进行对比分析,认为CdTe/ZnS双层钝化结构有助于降低辐照位移效应的影响,使得器件间接隧道电流随辐照剂量无明显的增加;同时发现辐照电离效应的影响与器件材料的初始性能参数密切相关,拟合得到ZnS单层钝化结构的器件具有较高的少子产生-复合寿命,受电离效应的影响较大,导致其产生-复合电流随着辐照剂量增加持续增大.     

On 1/f noise characteristics for 0.1 eV HgCdTe photoconductors

Sensitivities on 0.1 eV HgCdTe photoconductors with new electrode configuration and in different sizes were measured at 77K and under 10¹⁴phcm^?2s^?1 photon background conditions. After data for responsivity, generation-recombination noise (g-r noise) and minority carrier lifetime were reproduced by solving a one dimensional diffusion equation on excess minority carrier, discussions on 1/f noise were made and the following characteristics were concluded: (1) 1/f noise does not originate near electrodes for bias current. (2) 1/f noise hardly depends on sensor size and temperature in the 77–95K range, while g-r noise does. (3) 1/f noise is proportional to bias electric field, i.e. current density. (4) 1/f noise does not depend on photon background. From characteristics (2) and (4), it was concluded that 1/f noise has nothing to do with g-r noise. Finally, a new empirical formula was proposed for 1/f noise.