碲镉汞表面钝化研究进展

碲镉汞(MCT)红外探测器近些年的发展非常迅速。随着相关技术的不断进步,对探测器的要求也越来越高。MCT探测器的表面对杂质、缺陷、损伤、温度等因素非常敏感,而器件的很多性能直接由其表面的性质决定,因此MCT材料表面的钝化被看成是红外探测器制备的关键工艺之一。为了提高器件表面的稳定性,最常用的方法就是对MCT材料表面进行钝化处理。主要介绍了几种常见的MCT材料表面钝化方法,然后结合国内外文献重点介绍了常见的介质膜钝化方法,并对以后的工作进行了展望。     

碲镉汞材料表面钝化研究的发展（上）

碲镉汞（Hgl-xCdxTe,MCT）材料的表面钝化被认为是光导和光伏探测器制备中的关键步骤之一。实用的MCT器件需要稳定且可重复生产的钝化表面和符合器件性能要求的界面及表面势。通过对近年来的部分英语文献进行归纳分析,介绍了MCT表面钝化研究的进展。描述了MCT钝化的基本概念。讨论了部分MCT钝化膜的生长方法、界面性质和参数。     

碲镉汞雪崩光电二极管的发展

雪崩光电二极管(APD)工作在足够的反偏下,光生载流子到达耗尽区并诱发放大过程.碲镉汞(MCT)电子和重空穴有效质量之间的非对称性会产生不相等的电子电离系数和空穴电离系数,提供一个由单独一类载流子诱发的碰撞电离过程,从而形成具有包括接近无噪声增益在内的“理想”APD特征的电子雪崩光电二极管(EAPD).对于包括低光子数...     

碲镉汞近年来的研究进展

第三代红外系统的主要特点包括更多的像素、更高的帧频、更好的温度分辨率、双色甚至多色探测以及其他(芯)片上信号处理功能.尽管面临着其他材料例如相近的汞合金HgZnTe和HgMnTe、硅测辐射热计、热释电探测器,SiGe异质结、GaAs/AlGaAs多量子阱、InAs/GaInSb应变层超晶格、高温超导体等的有力竞争,碲镉汞(MCT)仍然是制备第三代红外光子探测器最重要的材料.在基本性质方面,其他材料仍然难与碲镉汞相竞争.主要通过对2000年以来部分英语期刊文献的归纳分析,介绍了近年来在MCT异质结、材料生长、掺杂方法、衬底制备、均匀性、电学性质及数值模型等方面的研究进展.     

金属/碲镉汞接触研究的发展

介绍了金属/碲镉汞(Hg_1-xCd_xTe,MCT)接触研究的发展状况,包括基本概念、生长结构、化学活性以及电学性能。金属/MCT接触有两类:一类是电子（欧姆）接触,另一类是整流（Shottky）接触。欧姆接触是MCT红外探测器的一个重要组成部分,它决定了器件的性能和可靠性。欧姆接触的电阻小,与MCT黏附性好,并且在热循环条件下可保持性能稳定。由于需要具有较大功函数的接触金属,p型MCT很难实现,而n型MCT则可以用很多金属实现。     

碲镉汞离子注入温度研究

作为pn结成型的重要参数,离子注入温度对晶格缺陷和材料扩散的影响较大。在碲镉汞的离子注入过程中,注入温度很大程度上影响着注入区的尺寸与光刻掩膜的形貌。从离子注入工艺的温度控制出发,研究了该工艺中的束流、注入能量、接触面粗糙度等因素;结合器件的I-V曲线,探究了注入温度对碲镉汞红外探测器性能的影响。结果表明,较低的注入束流、冷却温度以及良好的导热面,可以保证实际注入温度低于光刻胶的耐受温度,从而提高工艺过程的成品率。同时,较低的注入温度对于减小暗电流及注入区扩散面积起到了一定的作用,提高了碲镉汞红外探测器光敏元的性能。     

相平衡形成母液法生长碲镉汞液相外延膜

根据相律探索出相平衡形成母液法生长碲镉汞液相外延膜新的工艺方法。该方法工艺简单,外延膜组份易于调整和控制。利用此种方法,成功地生长出ｘ ＝ ０－２１ ～０－２３,表面光亮,结构完整的碲镉汞液相外延膜。     

碲镉汞材料非本征掺杂研究的发展

通过对近年来的部分英文文献进行归纳与分析,介绍了碲镉汞 (Hg1-xCdxTe, MCT)非本征掺杂的研究进展。MCT非本征掺杂是指杂质为Hg、Cd或Te以 外的其他元素的情况。描述了MCT晶体结构的基本概念。以一些常用杂质的性质为重点,讨论了MCT掺 杂的基本原理和对杂质的选择方法。在器件设计中控制杂质的空间分布和浓度是十分重要的。     

碲镉汞器件光敏元电容测试与分析

报道了液氮温度下对HgCdTe器件进行电容测试的方法.标定了仪器寄生电容以及杜瓦寄生电容,并利用该测试结果计算得到PN结区附近的载流子浓度和相应的深度等数据.对比了碲镉汞常规PN结器件与雪崩光电二极管(APD)器件的耗尽层宽度以及N区载流子浓度.     

甚长波碲镉汞红外探测器的发展

天基红外技术对于远程弹道导弹防御具有重要作用.当飞来的导弹位于地球阴影区域时,作为背阳的结果,空间温度很低,导弹呈现为一个微弱的冷目标,峰值波长在甚长波红外(VLWIR,大于14μm)波段,这时就需要VLWIR探测器.VLWIR对于大面阵碲镉汞焦平面(FPA)器件的设计来说是一种非常具有挑战性的波段.它要求高均匀性、低缺陷率、高量子效率、低暗电流和低噪声.主要通过对近年来刊发的部分有关英语文献资料的归纳分析,介绍了有关VLWIR/MCT技术的发展状况,其中一个发展趋势是从n-on-p空位掺杂器件结构转向非本征掺杂p-on-n器件结构.     

碲镉汞器件空间辐射损伤研究的进展

碲镉汞(MCT)红外探测器在天基平台中的应用正在逐渐增多,运行于空间辐射环境这一特点给其功能实现带来了挑战.MCT器件的独特性质要求人们对空间辐射效应给予特别考虑.目前,通过利用CdTe钝化MCT探测器技术,器件的总剂量脆弱性问题已经得到解决.随着材料质量的改进(例如通过降低原生缺陷浓度),MCT器件更容易受到位移损伤...     

从生产过程实现碲镉汞红外探测器的性能提高

高性能碲镉汞红外探测器需要生长高质量的外延层。由于与碲镉汞具有完美的晶格匹配,体碲锌镉被认为是理想衬底。晶体材料在亚晶界缺失、位错密度、均匀锌分布和低微缺陷密度等方面实现非常高的性能,对于获得优异的图像质量至关重要。法国Sofradir公司利用自己生长的碲锌镉晶体作为衬底,以控制碲镉汞外延层的质量,从而实现高性能成像。实际上,通过掌握从原材料到焦平面阵列的整个制造链以及所有前端和后端步骤,可以改进整个制作流程。介绍了如何将最新的工艺改进转化为探测器图像质量和可靠性的提高,其重点是前端工艺（衬底和外延层）。首次展示了衬底微缺陷与焦平面阵列（Focal Plane Array, FPA）图像质量之间的相关性。这得益于Sofradir公司和法国CEA-LETI研究中心之间的通力合作。对每个工艺步骤进行了大量表征(例如用于衬底检查的红外显微镜观察、位错的化学显示以及外延层的X射线双晶摇摆曲线衍射),由此完成了这种工艺的整体优化。在有效像元率和过噪声方面对图像质量进行了检测。最后,除了改进流程之外,了解每个关键步骤如何影响后续步骤并转化为最终图像质量,实现在正确的流程步骤中对单元进行划分,从而保证产量及产品质量。在中波红外和短波红外技术上,Sofradir垂直整合模型的这些优点得到了体现。     

碲镉汞材料导电类型转换研究的发展

导电类型转换(CTC)描述了掺杂或非故意掺杂碲镉汞(MCT)材料导电特性的p-to-n或n-to-p的改变过程.对CTC机制的深入理解涉及物理、电学和化学等多种学科.迄今为止的相关进展主要是经验性的.主要通过对近年来部分英文文献进行归纳分析,以离子束研磨工艺为重点,介绍了MCT/CTC的研究进展.     

碲镉汞焦平面器件CMOS读出电路的发展

通过对近年来的部分文献资料进行归纳分析,介绍了碲镉汞焦平面器件CMOS读出电路(ROIC)的发展动态.讨论了读出电路的有关概念.列出了部分前放电路的单元结构,并分析了它们的工作特点.介绍了积分时间、积分电容以及多路传输等因素对读出电路设计的影响.     

碲镉汞薄膜减薄损伤的扫描电镜研究

对由碲镉汞薄膜减薄工艺导致的损伤层的研究至关重要。采用扫描电镜研究了碲镉汞薄膜经减薄工艺后的损伤层,获得了非常有价值的实验结果。结果对由碲镉汞薄膜减薄工艺形成损伤层的认识和后续的工艺优化具有非常重要的指导意义。     

分子束外延碲镉汞探测器的变结面积I-V测试研究

碲镉汞红外探测器的表面钝化处理对器件暗电流有较大影响,决定了器件的探测性能。为了研究表面钝化层不同生长方式对暗电流的抑制效果,使用分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)系统在Si基衬底上生长碲镉汞材料,分别通过磁控溅射和原位钝化方法生长CdTe/ZnS钝化膜层。采用半导体工艺在碲镉汞材料上制备了变面积光伏探测器。通过测试不同钝化膜层器件的暗电流,分析零偏电阻和面积乘积(R₀A)与周长面积之比(p/A)的关系。结果表明,磁控溅射生长钝化层的Si基碲镉汞器件存在较大的隧穿电流,而原位钝化生长钝化层的Si基碲镉汞器件能更有效地抑制表面漏电流。拟合器件R₀A因子随PN结面积的变化,得出原位生长钝化层的器件具有更好的钝化效果。变面积器件的制备和测试能够有效且直观地反映器件性能。     

大面阵碲镉汞长波红外焦平面器件刻蚀工艺非均匀性研究

作为探测器组件的性能指标之一,响应率非均匀性对其实际应用具有重要影响,尤其是在低背景空间应用领域。大面阵探测器芯片的接触孔尺寸不均匀是导致器件响应不均匀的因素之一。对1280×1024大面阵长波红外探测器芯片的接触孔刻蚀工艺进行了研究,并提出了优化改进措施。结果表明,本文方法可提高刻蚀工艺的均匀性,进而降低探测器组件响应率的非均匀性。     

Experimental Performance and Monte Carlo Modeling of Long Wavelength Infrared Mercury Cadmium Telluride Avalanche Photodiodes

We evaluated the performance of long-wavelength infrared (LWIR, λ _c = 9.0 μm at 80 K) mercury cadmium telluride electron-injected avalanche photodiodes (e-APDs) in terms of gain, excess noise factor, and dark current, and also spectral and spatial response at zero bias. We found an exponential gain curve up to 23 at 100 K and a low excess noise factor close to unity (F = 1–1.25). These properties are indicative of a single carrier multiplication process, which is electron impact ionization. The dark current is prevailed by a diffusion current at low reverse bias. However, tunneling currents at higher reverse bias limited the usable gain. The measurements of the pixel spatial response showed that the collection width, and, especially, the amplitude of the response peak, increased with temperature. Furthermore, we developed a Monte Carlo model to understand the multiplication process in HgCdTe APDs. The first simulation results corroborated experimental measurements of gain and excess noise factor in mid-wavelength infrared (MWIR, x = 0.3) and LWIR (x = 0.235) e-APDs at 80 K. This model makes it possible for phenomenological studies to be performed to identify the main physical effects and technological parameters that influence the gain and excess noise. The study of the effect of the n ⁻-layer thickness on APD performance demonstrated the existence of an optimum value in terms of gain.     

大面阵碲镉汞芯片的耦合热应力模型与结构优化

针对大面阵碲镉汞芯片热应力仿真分析过程中计算量与准确性不能兼容的问题,通过在芯片互联区的不同位置引入小规模铟柱阵列建立了耦合热应力的优化仿真模型。借助此模型进行热应力分析,发现在铟柱的上下表面附近区域产生了较大的热应力,同时边缘及角落处的阵列单元内部所产生的热应力更大(最高达225.69 MPa)。进一步对芯片的结构进行了优化,获得了最优读出电路及碲锌镉衬底厚度。此外,仿真结果表明,单面铟是热应力较低的铟柱结构,减小铟柱的半径可以进一步减小其内部的热应力。所提出的热应力仿真优化模型为大面阵碲镉汞芯片内部的热应力分析提供了更准确有效的分析方法以及器件设计方面的理论指导。     

碲镉汞材料少子寿命的微波反射光电导衰减测量

详细说明了用微波反射光电导衰减(μ-PCD)测量碲镉汞材料(MCT)中少数载流子寿命的原理.μ-PCD系统对样品少数载流子寿命的测量范围为20 ns至3 ms,测量温度可以从80 K到325 K变化,整个系统的测量由计算机控制自动进行,可以对样品进行X-Y平面扫描测量并进行结果数据分析.同时,还报道了用μ-PCD技术测量液相外延MCT薄膜材料少数载流子寿命的结果.