MBE生长碲镉汞的砷掺入与激活

采用As掺杂和激活技术制备的p+-on-n异质结材料是获得高性能长波碲镉汞红外焦平面器件的关键技术之一,得到了广泛关注.采用变温IV拟合的方法,对不同As掺入浓度与器件结性能相关性进行了分析,发现降低结区内As掺杂浓度可以有效抑制器件的陷阱辅助隧穿电流.拟合结果表明,较高浓度的Nt很可能与高浓度As掺入相关.因此As的稳定均匀掺入和激活被认为是主要技术挑战.实验研究了分子束外延过程中Hg/Te束流比与As掺入效率的关系,发现相对富Hg的外延条件有助于提高As掺杂效率.研究还发现As的晶圆内掺杂均匀性与Hg/Te束流比的均匀性密切相关.对As的激活退火进行了研究,发现在饱和Hg蒸汽压中采用300℃/16h+420℃/1 h+240℃/48 h的退火条件能明显提升碲镉汞中As原子的激活率.     

富汞开管热处理对碲镉汞性能影响的研究

本文采用富汞开管热处理设备对中波MCT材料进行N型退火,研究并解决了如何控制汞蒸气回流的问题。在相同的退火温度和退火时间,使用开管退火工艺和闭管退火工艺进行了对比实验,研究发现随退火时间的增加,两种工艺处理的芯片霍尔浓度呈下降趋势,载流子迁移率呈上升趋势。当退火温度和退火时间相同时,开管退火工艺的载流子迁移率更高。对开管退火工艺的芯片进行I V测试和器件组件最终测试,其性能较好。     

256×256混合碲镉汞红外焦平面阵列

开发了混合碲镉汞256×256焦平面阵列,以满足高性能中波红外成象系统的灵敏度、分辨率及视场的需要。这种混合的探测器阵列制作在可减少或消除与硅读出电路热膨胀不匹配性的基片上。读出装置采用掩模加工的 CMOS开关场效应管电路,电路的电荷容量大于10~7个电子和有20MHz 数据率的单视频输出。这种大型凝视焦平面阵列具有高的量子效率、可调谐的吸收波长和宽的工作温度范围,大大优越于与其竞争的各种传感器。成熟的 PACE-1工艺采用蓝宝石探测器基片,已制作出256×256元中波红外阵列,在4.9μm 截止波长时,其实验室获得的平均 NETP 值为9mK,象元尺寸为40μm 和工作温度为80K。根均方探测器响应不均匀性小于4%,象元的输出大于99%。最新开发的PACE-3工艺用硅作探测器基片,完全消除了与硅读出电路的热不匹配性。一种640×480的混合阵列正在开发中。     

As掺杂p型碲镉汞材料的研究进展

非本征p 型掺杂碲镉汞材料可以有效克服少子寿命偏低等问题,提高长波和甚长波红外焦平面器件的性能。本文重点阐述了As 掺杂实现p型掺杂的基础性原理,以及在器件方面最新研究进展,为今后As掺杂碲镉汞材料的研究提供依据。     

长波红外碲镉汞探测器

1 引言 红外辐射最早是1800年英国的天文学家赫谢耳(W.Herschel)在研究太阳光谱的热效应时,用水银温度计测量各种颜色光的加热效果而发现的。1830年,L.Nobili利用塞贝克发现的温差电效应制成了“温差电型辐射探测器”;     

富汞热处理对碲镉汞电学性能的影响

对液相外延方法(LPE)生长的碲镉汞(HgCdTe)材料进行了闭管富汞热处理,并研究了不同的热处理时间和热处理温度对碲镉汞材料电学性能的影响。HgCdTe材料经过富汞热处理后可以有效降低材料内的缺陷尺寸和密度。该方法不仅可以降低材料内的位错密度,而且还可以完成材料P型到N型的转变。工艺中的低温热处理对HgCdTe材料的电学性能有较大影响。研究发现,随着低温热处理时间的持续增加,HgCdTe材料的载流子浓度会明显增加。而当低温热处理温度在210℃~250℃范围内变化时,若保持低温热处理时间不变,则热处理后HgCdTe材料的载流子浓度在一定范围内波动,且无明显变化。通过对HgCdTe器件进行I-V曲线测试以及最终的组件测试,发现热处理后载流子浓度在1E13~1E14cm^-3范围内的HgCdTe芯片就可以得到很好的测试结果。     

Au掺杂碲镉汞长波探测器技术研究

昆明物理研究所多年来持续开展了对Au掺杂碲镉汞材料、器件结构设计、可重复的工艺开发等研究,突破了Au掺杂碲镉汞材料电学可控掺杂、器件暗电流控制等关键技术,将n-on-p型碲镉汞长波器件品质因子(R₀A)从31.3Ω·cm²提升到了363Ω·cm²(λcutoff=10.5μm@80 K),器件暗电流较本征汞空位n-on-p型器件降低了一个数量级以上。研制的非本征Au掺杂长波探测器经历了超过7年的时间贮存,性能无明显变化,显示了良好的长期稳定性。基于Au掺杂碲镉汞探测器技术,昆明物理研究所实现了256×256 (30μm pitch)、640×512 (25μm pitch)、640×512 (15μm pitch)、1 024×768 (10μm pitch)等规格的长波探测器研制和批量能力,实现了非本征Au掺杂长波碲镉汞器件系列化发展。     

HgCdTe红外焦平面用锥形节流致冷杜瓦组件

介绍了一种用于HgCdTe红外焦平面的致冷器杜瓦组件的设计和试验情况.该组件通过采用锥形结构,包括锥形杜瓦和锥形节流致冷器两部分,提高了降温速度,有效地缩短了组件的轴向尺寸,结构更加紧凑,尤其适用于轴向尺寸受到限制的红外导引头.     

长波红外2048元线列碲镉汞焦平面器件

介绍了长波红外2048元线列碲镉汞焦平面器件的制备技术和达到的性能参数.探测器采用离子注入平面pn结制备光敏元,通过间接倒焊技术和读出电路互联,采用8个256元焦平面模块拼接2048元线列焦平面器件.光敏元的响应截止波长达到9.9μm,相应的RoA达到10Ωcm2,平均峰值探测率达到9.3×1010cmHz1/2 W-1,响应不均匀性为8%,有效光敏元率大干99.5%.     

HgCdTe红外焦平面阵列像素内灵敏度函数仿真

对于<2的欠采样成像红外搜索和追踪系统,点目标能量集中在单像素内。由于焦平面阵列像素内灵敏度（IPS：Intra-Pixel Sensitivity）存在空间非均匀性,会降低目标的能量和质心测量精度。传统的光点扫描实验测试和数值仿真方法可有效表征和分析IPS,但系统和模型复杂度高、效率低,且实验测试无法分析IPS空间非均匀性与探测器参数的关系。针对上述问题,提出基于蒙特卡洛方法的HgCdTe红外焦平面阵列IPS仿真模型,分析了IPS空间非均匀性的影响因素。结果表明,减小像素中心距或增大吸收层厚度,IPS的空间非均匀性减小;随波长增大,IPS的空间非均匀性增大。该仿真和分析对高能量集中点目标测量精度的提升具有重要参考意义。     

碲镉汞多色红外焦平面探测芯片

文章从芯片结构、晶格匹配和PN结性能三个方面对碲镉汞多色焦平面探测芯片技术进行了探讨,结果显示在三种主要的双色探测芯片结构中,单电极和环孔工艺的双色芯片技术相对比较成熟,高难度的刻蚀技术以及所引起的表面反型是制约双电极或多电极多色探测芯片技术发展的主要因素,而环孔技术在发展多色探测芯片方面则有其独到之处,随着探测波段的增加,其工艺难度并没有质的变化。多色探测芯片不同外延层之间的晶格失配以及和Si基衬底之间热失配也是必须加以考虑和解决的一个问题,在现阶段, Si基直接外延、大面积碲锌镉材料和ZnCdTe /Si复合衬底技术并举仍将是明智的选择。在PN结方面,二代焦平面的成结技术在多色器件的宽带结上尚未能够实现,刻蚀反型和深台面侧面钝化的困难依然存在,这些均制约着器件性能的提高,另外,多色芯片的结构和表面加工工艺也影响着探测芯片的光通量利用率和量子效率。     

Advanced thermoelectrically cooled midwave HgCdTe focal plane arrays

Midwave HgCdTe diodes and arrays for a 200–230 K operation using thermoelectric (TE) coolers have been fabricated and characterized. The quality of ZnCdTe substrates for the epitaxial growth of HgCdTe layers plays a significant role in determining the performance of the devices. The best diode RoAs at 200 K and 230 K are 1.1×10³ Ω·cm² and 1.6×10² Ω·cm², respectively. Fitting the diode RoAs to analytical equations, the hole lifetime between 230 K and 300 K is found to be on the order of 50 μsec. Arrays in a format of 320×256 have been produced on the HgCdTe layers and imaging pictures have been obtained.     

MBE HgCdTe:A Challenge to the Realization of Third Generation Infrared FPAs

叙述了围绕第三代红外焦平面的需求所进行的HgCdTe分子束外延的一些研究结果.75mm HgCdTe薄膜材料的组分均匀性良好,80K下截止波长偏差为0.1μm.对所观察到的HgCdTe表面缺陷成核机制进行了分析讨论,获得的75mm HgCdTe材料平均表面缺陷密度低于300cm-2.研究发现As的表面黏附系数很低,对生长温度十分敏感,在170℃下约为1×10-4.计算表明,As在HgCdTe中的激活能为19.5meV,且随(Na∑Nd)1/3的增大呈线性下降关系,反比系数为3.1×10-5meV·cm.实验发现Hg饱和蒸汽压下,对应不同的温度240,380,440℃,As在HgCdTe中的扩散系数分别为(1.0±0.9)×10-16,(8±3)×10-15,(1.5±0.9)×10-13cm2/s.采用分子束外延生长的HgCdTe材料已用于红外焦平面探测器件的研制,文中报道了一些初步结果.     

应对第三代红外焦平面技术挑战的HgCdTe分子束外延

叙述了围绕第三代红外焦平面的需求所进行的HgCdTe分子束外延的一些研究结果.75mm HgCdTe薄膜材料的组分均匀性良好,80K下截止波长偏差为0.1μm.对所观察到的HgCdTe表面缺陷成核机制进行了分析讨论,获得的75mm HgCdTe材料平均表面缺陷密度低于300cm-2.研究发现As的表面黏附系数很低,对生长温度十分敏感,在170℃下约为1×10-4.计算表明,As在HgCdTe中的激活能为19.5meV,且随(Na∑Nd)1/3的增大呈线性下降关系,反比系数为3.1×10-5meV·cm.实验发现Hg饱和蒸汽压下,对应不同的温度240,380,440℃,As在HgCdTe中的扩散系数分别为(1.0±0.9)×10-16,(8±3)×10-15,(1.5±0.9)×10-13cm2/s.采用分子束外延生长的HgCdTe材料已用于红外焦平面探测器件的研制,文中报道了一些初步结果.     

面向第三代红外焦平面的碲镉汞材料器件研究

文章叙述了第三代红外焦平面中所需求的碲镉汞分子束外延(MBE)的一些研究成 果。对GaAs、Si基大面积异质外延、表面缺陷抑制、p 型掺杂等MBE的主要难点问题进行了阐述。研究表明, 3 in材料的组分均匀性良好,组分x的偏差为0. 5%。晶格失配引发的孪晶缺陷可以通过合适的低温成核方法得到有效的抑制。在GaAs和Si衬底上外延的HgCdTe材料的(422) x射线衍射半峰宽( FWHM)的典型值为60～80arc·sec。大于2μm缺陷的表面密度可以控制在小于300cm- 2水平。研究发现As的表面黏附系数很低,对生长温度十分敏感,在170℃下约为1 ×10- 4。通过合适的退火,可以实现As的受主激活。采用碲镉汞多层材料已试制了长波n2on2p与p2on2n型掺杂异质结器件以及双色红外短波/中波焦平面探测器,本文报道了一些初步结果。     

双层异质结碲镉汞甚长波红外焦平面探测器研究进展

报道了甚长波碲镉汞红外焦平面探测器的最新研究进展。采用水平液相外延In掺杂和垂直液相外延As掺杂技术生长p-on-n异质结材料,并基于湿法腐蚀、表侧壁钝化、In柱互连工艺,制备了第一支甚长波碲镉汞台面型焦平面器件。在60 K的工作温度下,该器件的截止波长达到14.28 μm,有效像元率为94.5%,平均峰值探测率达到8.98×10¹⁰ cm·Hz^1/2·W^-1。     

Au／CdTe＋ZnS／HgCdTe双层介质膜MIS器件的制备及研究

通过介质膜ZnS、CdTe薄膜材料的Ar^ 束溅射沉积研究,结合HgCdTe器件工艺,成功制备了以ZnS、CdTe双层介质膜为绝缘层的HgCdTe MIS器件;通过对器件的C－V特性实验分析,获得了CdTe/HgCdTe界面电学特性参数。实验表明：溅射沉积介质膜CdTe ZnS对HgCdTe的表面钝化已经可以满足HgCdTe红外焦麦面器件表面钝化的各项要求。