碲锌镉晶体常用腐蚀剂的坑形特性研究

大面积、高质量碲锌镉单晶是制备碲镉汞红外焦平面器件的理想衬底材料,而腐蚀法是常用的揭示碲锌镉晶体缺陷和评价晶体质量的方法之一。对碲锌镉晶体常用的Nakagawa、Everson、EAg1和EAg2四种腐蚀剂在碲锌镉材料（111）晶面上的腐蚀坑坑形进行了研究,结果发现,EAg2腐蚀剂在（111）B面上的腐蚀坑为平底坑,Everson腐蚀剂在 (111)B面上产生的腐蚀坑包括平底坑和带有不同倾斜方向坑底的三角锥形坑,进一步的研究还表明,三角锥形坑并未沿着坑底的倾斜方向向下延伸。实验中也首次观察到了EAg腐蚀剂的黑白平底坑。对常用腐蚀剂的坑形特性研究,将有助于更好地利用腐蚀剂开展碲锌镉材料缺陷研究和晶体质量评价工作。     

碲锌镉表面腐蚀坑所对应缺陷的特性研究

文中通过使用Nakagawa、Everson、EAg1和EAg2四种常用腐蚀剂对碲锌镉材料的腐蚀 坑空间分布特性进行研究,结果显示, 20μm厚的(111)晶片A、B面上的腐蚀坑在空间位置上不存在对应关系,这表明腐蚀坑所对应的缺陷不是具有穿越特性的位错。腐蚀坑的空间局限性特征和热处理后腐蚀坑密度(EPD)减少等实验结果表明,腐蚀坑更有可能对应某种微沉淀物缺陷,将目前常用腐蚀剂的EPD作为碲锌镉材料的位错密度是缺乏实验依据的。     

(112)B碲锌镉衬底表面Everson腐蚀坑与材料缺陷的关系

通过研究碲锌镉衬底(112)B面缺陷腐蚀坑和(111)B面缺陷腐蚀坑之间的关系,揭示了(112)B面腐蚀坑与材料缺陷之间的关系.结果显示,Everson腐蚀剂在碲锌镉材料(112)B面上揭示的棒状腐蚀坑起源于材料中的体缺陷,或由延伸缺陷腐蚀坑在缺陷终止后演变而成,三种典型形状的锥形腐蚀坑分别来自延伸方向为<110>、<...     

(111)晶向碲锌镉晶片双面腐蚀的对比

通过对材料减薄,并采用红外透射显微镜观察的手段,实现了对A面和B面腐蚀坑的同时观察.结果发现采用标准腐蚀剂在同一晶片的(111)A和(111)B面上形成的腐蚀坑大都不存在对应关系,深度腐蚀的实验也发现,表面腐蚀坑所对应的缺陷只局限于10μm的表层内,这表明大部分腐蚀坑所对应的不是通常认为的穿越位错.进一步分析的结果表明,不同腐蚀剂形成的腐蚀坑所对应的缺陷有可能是不同类型的位错,甚至也可能起源于微沉淀物,通常将碲锌镉材料的腐蚀坑所对应的缺陷简单地归结为材料的位错是缺乏实验依据的.     

(111)晶向碲锌镉晶片双面腐蚀的对比

通过对材料减薄，并采用红外透射显微镜观察的手段，实现了对A面和B面腐蚀坑的同时观察.结果发现采用标准腐蚀剂在同一晶片的（111) A和（111) B面上形成的腐蚀坑大都不存在对应关系，深度腐蚀的实验也发现，表面腐蚀坑所对应的缺陷只局限于10μm的表层内，这表明大部分腐蚀坑所对应的不是通常认为的穿越位错. 进一步分析的结果表明，不同腐蚀剂形成的腐蚀坑所对应的缺陷有可能是不同类型的位错，甚至也可能起源于微沉淀物，通常将碲锌镉材料的腐蚀坑所对应的缺陷简单地归结为材料的位错是缺乏实验依据的.     

碲锌镉晶体第二相夹杂物特性研究

高质量的碲锌镉单晶是制备碲镉汞红外焦平面器件的理想衬底材料,然而目前碲锌镉材料中的第二相夹杂物严重制约着晶体的质量.根据红外透射形貌的描述和表征,碲锌镉晶体的常见夹杂物被分成了五类,并在此基础上讨论了各自的形成机制,A、B和C类夹杂物与化学配比及其变化密切相关,而D和E类夹杂物与源材料中或者在生长工艺控制过程中氧含量相关.进一步的研究表明大尺寸、高密度的Te夹杂物将会严重降低红外透过率,同时腐蚀坑密集分布在与Cd夹杂对应的六重对称线上,该结果揭示了第二相夹杂物会产生其他缺陷的增殖,但夹杂物引起的应力影响区域是局限的.     

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.     

CdZnTe中富碲沉积相缺陷引起的液相外延HgCdTe薄膜表面缺陷

为了研究液相外延碲镉汞薄膜表面缺陷形成机制,采用光刻工艺结合化学腐蚀方法在碲锌镉衬底表面实现了网格化,研究了碲锌镉近表面富碲沉积相与外延薄膜表面缺陷的关系.结果表明:衬底近表面富碲沉积相会导致碲镉汞薄膜表面孔洞、类针形凹陷坑缺陷以及三角形凹陷坑聚集区;在液相外延过程中,高温碲镉汞熔液与CdZnTe衬底间的回熔作用可以减少与富碲沉积相相关的表面缺陷,薄膜表面缺陷与衬底表面富碲沉积相的匹配度与回熔深度负相关;回熔过程以及富碲沉积相形态、深度影响HgCdTe薄膜表面缺陷形态和分布.     

中国电科11所碲镉汞薄膜材料制备技术进展

碲镉汞材料具有响应速度快、量子效率高、带隙连续可调等优点,广泛应用于红外探测领域,本文报道了近年来中国电科11所在碲镉汞薄膜材料制备方面的技术进展。在碲锌镉衬底材料制备方面,已突破135mm碲锌镉晶体生长技术,碲锌镉衬底平均位错腐蚀坑密度(EPD) <1×104cm-2,具备了80mm×80mm规格碲锌镉衬底的批量生产能力。在液相外延碲镉汞薄膜制备方面,富碲水平液相外延碲镉汞薄膜平均位错腐蚀坑密度EPD<4×104cm-2,具备80mm×80mm规格碲镉汞薄膜的制备能力;富汞垂直液相外延实现高质量双层异质结碲镉汞薄膜材料批量化制备,该种材料的半峰宽(FWHM)控制在(20～40)arcsec范围内,碲镉汞薄膜厚度极差≤±06μm。在分子束外延碲镉汞薄膜方面,实现了6 in硅基碲镉汞材料制备,组分标准偏差≤00015,表面宏观缺陷密度≤100cm-2;碲锌镉基碲镉汞材料已具备50mm×50mm制备能力,组分标准偏差为0002,厚度标准偏差为0047μm。从探测器验证结果来看,基于富碲水平液相外延碲镉汞薄膜实现了1 k×1 k、2 k×2 k等规格红外焦平面探测器的工程化制备;采用双层异质结碲镉汞薄膜实现了高温工作、长波及甚长波探测器的制备;使用分子束外延制备的碲镉汞薄膜实现了27 k×27 k、54 k×54 k、8 k×8 k等规格红外焦平面探测器研制,在宇航领域有巨大的应用潜力。     

大尺寸碲锌镉基碲镉汞材料分子束外延技术研究

针对高质量、大规模碲镉汞红外焦平面探测器需求的持续增加,本文开展了使用分子束外延方式在50 mm×50 mm(211)B碲锌镉衬底上外延碲镉汞材料技术的研究.通过对碲锌镉衬底改进湿化学腐蚀、碲锌镉衬底预处理、碲锌镉衬底缓冲层生长、碲锌镉基碲镉汞材料工艺开发等方面的研究,开发出了能够稳定获得碲锌镉基碲镉汞材料的工艺.材料...