回熔过程对HgCdTe长波红外光伏探测器的I-V性能的影响

对三种不同工艺的HgCdTe长波器件(标准工艺、回熔处理、离子注入后退火)的I-V性能分别进行测试,并通过理论计算与实验数据拟合提取上述器件参数,分析暗电流机制及导致暗电流变化的原因。文章中使用的暗电流机制的模型由扩散电流、产生-复合电流、缺陷辅助隧道电流和直接隧道电流组成。从拟合得到的器件参数中可以发现回熔过程中产生了大量的缺陷,导致缺陷辅助隧道电流、产生复合电流显著增加,器件反偏电阻减小,I-V性能变差。与离子注入后退火器件的性能变化相比,推测导致器件回熔后性能下降的原因是ZnS钝化层受热不稳定。     

长波碲镉汞探测器RV特性分析

对硼离子注入制备的N on P平面结长波碲镉汞探测器的RV曲线进行分析,研究不同偏压下暗电流机制,提取得到探测器的电学参数及理想因子,表明为提升器件性能,需要对探测器的陷阱辅助隧穿电流及产生复合电流进行抑制。通过对长波碲镉汞探测器RV曲线的拟合分析,表明RV拟合技术作为一种有效的分析方法,可用于评估器件性能和工艺状态,并指导工艺改进。     

离子束刻蚀HgCdTe环孔pn结Ⅰ-Ⅴ、RD-Ⅴ特性的研究(下)

本文推导了一种可简便,准确、直观计算和分析pn结Ⅰ-Ⅴ特性的公式和方法,并应用该方法对两类典型HgCdTe环孔pn结的Ⅰ-Ⅴ、RD-Ⅴ特性进行了计算和拟合;得到了表面欧姆(反型沟道)漏电导、二极管理想因子n随电压的分布等反映二极管结特性的重要参数.计算结果表明,对于长波HgCdTe光伏器件而言,表面漏电流在整个暗电流中所占的比重相当大,表面漏电流严重地制约着器件性能.HgCdTe材料的晶体缺陷会使二极管的理想因子n增大,从而使产生-复合电流及陷阱辅助隧穿电流增加.     

不同退火处理的台面型In0.83Ga0.17As pin光电二极管暗电流分析

为了研究延伸波长In0.83Ga0.17As pin光电二极管的暗电流机制。采用两种不同工艺制备了台面型延伸波长In0.83Ga0.17As pin光电二极管。第一种工艺(M135L-5)是:台面刻蚀后进行快速热退火(RTA)。第二种工艺(M135L-3)是:台面刻蚀前进行快速热退火(RTA)。采用IV测试,周长面积比(P/A),激活能和暗电流成分拟合方法对器件暗电流机制进行分析。结果显示,在220~300 K之间,M135L-3器件暗电流低于M135L-5器件的,并且具有较低表面漏电流。在-0.01~-0.5 V之间和220~270 K之间,M135L-5器件的暗电流主要是扩散电流。在250~300 K之间,M135L-3器件的暗电流主要是扩散电流,而在-0.01~-0.5 V之间和220~240 K之间,其暗电流主要是产生复合电流和表面复合电流。与此同时,暗电流成分拟合结果也得出一致的结论。研究表明,在降低器件暗电流方面,M135L-3器件优于M135L-5器件,这主要是因为快速热退火降低了器件的体电流。     

离子束刻蚀HgCdTe环孔pn结Ⅰ—Ⅴ、R_D—V特性的研究(下)

本文推导了一种可简便、准确、直观计算和分析pn结Ⅰ-Ⅴ特性的公式和方法,并应用该方法对两类典型HgCdTe环孔pn结的Ⅰ-Ⅴ、R_D-V特性进行了计算和拟合;得到了表面欧姆(反型沟道)漏电导、二极管理想因子n随电压的分布等反映二极管结特性的重要参数。计算结果表明,对于长波HgCdTe光伏器件而言,表面漏电流在整个暗电流中所占的比重相当大,表面漏电流严重地制约着器件性能。HgCdTe材料的晶体缺陷会使二极管的理想因子n增大,从而使产生-复合电流及陷阱辅助隧穿电流增加。     

离子束刻蚀HgCdTe环孔pn结Ⅰ-Ⅴ、R_D-V特性的研究(上)

本文推导了一种可简便、准确、直观计算和分析pn结Ⅰ-Ⅴ特性的公式和方法,并应用该方法对两类典型HgCdTe环孔pn结的Ⅰ-Ⅴ、R_D-V特性进行了计算和拟合;得到了表面欧姆(反型沟道)漏电导、二极管理想因子n随电压的分布等反映二极管结特性的重要参数。计算结果表明,对于长波HgCdTe光伏器件而言,表面漏电流在整个暗电流中所占的比重相当大,表面漏电流严重地制约着器件性能。HgCdTe材料的晶体缺陷会使二极管的理想因子n增大,从而使产生-复合电流及陷阱辅助隧穿电流增加。     

光伏型碲镉汞长波探测器暗电流特性的参数提取研究

报道了一种适用于碲镉汞长波光伏探测器的由典型电阻电压(R-V)曲线提取器件基本特征参数的数据处理途径.拟合程序中采用的暗电流机制包括了扩散电流机制,产生复合电流机制,陷阱辅助隧穿机制以及带到带直接隧穿电流机制.本文详细地给出了该拟合计算所采用的方法和途径,分析了拟合参数的误差范围.通过对实际器件的R-V特性曲线的拟合计算,给出了实际器件的基本特征参数,验证了该数据处理途径的实用性.     

p型接触界面氧影响SiC APD暗电流的机制研究

SiC雪崩光电二极管(APD)作为一种微弱紫外光探测器件，高探测灵敏度对器件暗电流水平提出极高要求。在SiC APD复杂的制备过程中，器件暗电流是极其敏感的，为了探索工艺中暗电流的影响因素并分析其机制，对四种不同工艺条件下制备的SiC APD进行对照分析，通过电流-电压曲线展现器件的输出特性，并结合扫描电子显微镜(SEM)来研究相关界面的表面特性，从而揭示漏电机制。研究表明，器件制备过程中界面氧的引入在高温退火过程中会诱导金属-半导体界面缺陷的形成，从而导致暗电流的急剧增加，这种缺陷的诱导机制还和p型接触金属密切相关。在器件制备过程中，在氧等离子体去胶等可能引入氧氛围的工艺步骤后，对外延片进行氢氟酸腐蚀以去除氧氛围能够有效降低器件的暗电流。     

InAs/GaSb超晶格长波红外探测器暗电流特性分析

利用二极管电流解析模型分析了InAs/GaSb超晶格长波红外探测器暗电流的主导机制。首先,通过变面积二极管I-V测试证实77 K下采用阳极硫化加SiO₂复合钝化的InAs/GaSb超晶格长波红探测器的暗电流主要来自于体电流,而非侧壁漏电流;然后,利用扩散电流、产生复合电流、直接隧穿电流和陷阱辅助隧穿电流模型对InAs/GaSb超晶格长波红外探测器的暗电流进行拟合分析。结果表明:在小的反向偏压下(≤60 mV),器件暗电流主要由产生复合电流主导,而在高偏压下(>60 mV）,器件暗电流则主要由缺陷陷阱辅助隧穿电流主导。并分析了吸收层掺杂浓度对这两种电流的影响,证实5×1015~1×1016 cm?3是优化的掺杂浓度。     

第二届全国先进焦平面技术研讨会论文摘要

碲镉汞二极管暗电流特性拟合参数的误差分析模型全知觉,李志锋,胡伟达,叶振华,陆卫(中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室,上海200083)摘要:介绍了一种分析光伏型碲镉汞器件拟合参数误差的理论模型。该模型适用于任何结构的碲镉汞同质材料形成的p-n结型光伏器件。本文以n-on-p型器件为例,详细完整地展示了该理论模型的推导和建立过程。涉及的暗电流物理模型包括了扩散电流机制、产生复合电流机制、陷阱辅助隧穿机制以及带到带直接隧穿电流机制,同时也考虑了实际器件的串联电阻效应。对真实器件拟合分析的结果表明,该模型能定…     

不同钝化结构的HgCdTe光伏探测器暗电流机制

在同一HgCdTe晶片上制备了单层ZnS钝化和双层(CdTe+ZnS)钝化的两种光伏探测器,对器件的性能进行了测试,发现双层钝化的器件具有较好的性能.通过理论计算,分析了器件的暗电流机制,发现单层钝化具有较高的表面隧道电流.通过高分辨X射线衍射中的倒易点阵技术研究了单双层钝化对HgCdTe外延层晶格完整性的影响,发现单层ZnS钝化的HgCdTe外延层产生了大量缺陷,而这些缺陷正是单层钝化器件具有较高表面隧道电流的原因.     

基于锌扩散的InGaAs/InP平面型红外探测器快速热退火研究

系统研究了快速热退火对锌扩散的In_0.53Ga_0.47As/InP PIN探测器的影响。利用电化学电容电压和二次离子质谱技术分析了退火前后Zn和净受主的浓度分布,结果表明退火过程会影响杂质浓度,但不影响扩散深度。制备了不同退火条件的In_0.53Ga_0.47As/InP PIN探测器。器件测试反映,未退火的探测器在260~300K具有更低的器件电容和更高的激活能。通过暗电流成分拟合对器件暗电流机制进行分析,未退火器件表现出更低的肖克利-里德-霍尔产生复合电流和扩散电流,因而室温下未退火器件具有更高的峰值探测率。为了制备高性能低掺杂吸收层结构的平面型InGaAs探测器,快速热退火是不必要的工艺。     

硅基HgCdTe光伏器件的暗电流特性分析

对硅基HgCdTe中波器件进行了变温电流电压特性的测试和分析.测量温度从30K到240K,得到R0对数与温度的1000/T的实验曲线及拟合结果.同时选取60K、80K及110K下动态阻抗R与电压V的曲线进行拟合分析.研究表明在我们器件工作的温度点80K,零偏压附近主要的电流机制是产生复合电流和陷阱辅助隧穿电流.要提高器件的水平,必须降低陷阱辅助隧穿电流和产生复合电流对暗电流的贡献.     

氢化对碲镉汞光伏探测器暗电流机制的影响

对碲镉汞光伏探测器进行了氢化处理,研究了氢化对器件暗电流机制的影响。通过将样品置于反应离子刻蚀过程中产生的H2/Ar等离子体氛围中来实现对样品的氢化处理,并且针对氢化处理研究设计了专门的光刻版。实验结果发现氢化后器件的电流－电压特性随着氢化面积的改变得到了明显的改善。通过对实验结果进行拟合处理,认为器件反向偏压条件下的暗电流在氢化后降低,主要是由于氢化后器件的间接隧道电流得到降低,同时器件耗尽区的少子寿命得到了明显的提高。通过提取器件电阻－电压曲线（R－V）正向偏压部分的理想因子,发现器件的正向电流在氢化前主要为产生－复合电流限制,氢化处理后则逐渐变为扩散电流限制,说明氢化导致了器件产生－复合电流的降低。     

替代衬底上的碲镉汞长波器件暗电流机理

基于暗电流模型,通过变温I-V分析长波器件(截止波长为9~10μm)的暗电流机理和主导机制.实验对比了不同衬底、不同成结方式、不同掺杂异质结构与暗电流成分的相关性.结果表明,对于B+离子注入的平面结汞空位n~+-on-p结构,替代衬底上的碲镉汞(HgCdTe)器件零偏阻抗(R0)在80 K以上与碲锌镉(CdZnTe)基碲镉汞器件结阻抗性能相当.但替代衬底上的HgCdTe因结区内较高的位错,使得从80 K开始缺陷辅助隧穿电流(I_(tat))超过产生复合电流(I_(g-r)),成为暗电流的主要成分.与平面n~+-on-p器件相比,采用原位掺杂组分异质结结构(DLHJ)的p~+-on-n台面器件,因吸收层为n型,少子迁移率较低,能够有效抑制器件的扩散电流.80 K下截止波长9.6μm,中心距30μm,替代衬底上的p~+-on-n台面器件品质参数(R0A)为38Ω·cm2,零偏阻抗较n-on-p结构的CdZnTe基碲镉汞器件高约15倍.但替代衬底上的p+-on-n台面器件仍受体内缺陷影响,在60 K以下较高的Itat成为暗电流主导成分,其R0A相比CdZnTe基n~+-on-p的HgCdTe差了一个数量级.     

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.     

不同钝化结构的HgCdTe光伏探测器暗电流机制

在同一HgCdTe晶片上制备了单层ZnS钝化和双层（CdTe+ZnS）钝化的两种光伏探测器,对器件的性能进行了测试,发现双层钝化的器件具有较好的性能．通过理论计算,分析了器件的暗电流机制,发现单层钝化具有较高的表面隧道电流．通过高分辨X射线衍射中的倒易点阵技术研究了单双层钝化对HgCdTe外延层晶格完整性的影响,发现单层ZnS钝化的HgCdTe外延层产生了大量缺陷,而这些缺陷正是单层钝化器件具有较高表面隧道电流的原因．     

Hg_(1-x)Cd_xTe MIS器件G-V特性

基于G-V关系分析了Hg_(1-x)Cd_xTeMIS器件的少数载流子暗电流机制.对于N型Hg_(1-x)Cd_xTeMIS器件,当温度T<130K时,占优势的暗电流机制是通过禁带态的间接隧道电流;而当T>130K时则是耗尽区的产生-复合电流.在低温区,从价带到禁带态的电子热激发限制了间接隧道电流,根据R_0A对温度的依赖关系推算出禁带态位置约在价带顶上面50meV处.在P型样品中,反型层量子化效应强烈地影响少子暗电流的大小.     

碲镉汞光伏型探测器的变面积氢化研究

利用氢等离子体对碲镉汞光伏型探测器进行了变面积氢化处理研究,发现随着氢化面积的变大,器件的电流-电压(I-V)特性得到明显改善,表现在器件的暗电流变小,零偏电阻R0变大,同时器件的电流噪声也随着氢化面积的扩大而逐渐降低.通过对比实验结果和数值拟合结果,认为氢化工艺对器件性能的改善机制与氢化区域有关,当氢化区域限于N型区时,氢化的效果主要表现在降低注入损伤导致的少子复合中心从而提高少子寿命;当氢化区域扩大到P型区时,氢化的效果主要表现在使表面耗尽区中的陷阱中心减少,主要通过降低间接隧道电流来改善器件性能,这说明了实验中注入成结的光伏器件为N P结.     

硅基HgCdTe光伏器件的暗电流特性分析

对硅基HgCdTe中波器件进行了变温电流电压特性的测试和分析。测量温度从30K到240K，得到R0对数与温度的1000／T的实验曲线及拟合结果。同时选取60K、80K及110K下动态阻抗R与电压V的曲线进行拟合分析。研究表明在我们器件工作的温度点80K，零偏压附近主要的电流机制是产生复合电流和陷阱辅助隧穿电流。要提高器件的水平，必须降低陷阱辅助隧穿电流和产生复合电流对暗电流的贡献。