As注入长波碲镉汞红外探测器工艺研究

p-on-n结构的碲镉汞红外探测器具有长的少子寿命、低暗电流、高R0A值等优点,是高温器件、长波甚长波器件发展的重要器件结构.而国内还鲜有砷注入掺杂p-on-n长波HgCdTe探测器的相关报道,为了满足军事、航天等领域对高性能长波探测器迫切的应用需求,针对As离子注入的长波p-on-n碲镉汞红外探测器退火工艺技术进行研...     

原位As掺杂p型碲镉汞薄膜的制备研究

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,以及其制备方法,为p-on-n碲镉汞材料器件研究提供依据。     

p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件技术研究

As注入掺杂的p-on-n结构具有暗电流小、R₀A值高、少子寿命长等优点,是长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件发展的重要趋势。介绍了由昆明物理研究所研究制备的77 K温度下截止波长为9.5 μm、10.1 μm和71 K下14.97 μm 的p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件,对器件的响应率、NETD、暗电流及R₀A等性能参数进行测试分析。测试结果表明,器件的有效像元率在99.78%~99.9%之间,器件的NETD均小于21 mK。实现了p-on-n长波、甚长波碲镉汞红外焦平面器件的有效制备。     

长波p-on-n碲镉汞红外焦平面器件高温工作性能

碲镉汞材料为窄禁带半导体,随着工作温度的升高,材料本征载流子浓度会增加,探测器截止波长会变短,暗电流增加等,会导致器件性能降低。碲镉汞红外探测器通常在77 K温度附近工作并获得很好的探测性能,但低温工作会增加探测器的制备成本、功耗、体积和重量等。为了解决这些问题,在保证探测器正常工作性能的前提下,提升探测器的工作温度是碲镉汞红外探测器的重要研究方向。p-on-n结构的碲镉汞红外焦平面器件具有低暗电流、长少子寿命等特点,有利于在高工作温度条件下获得较好的器件性能。在不同工作温度下对p-on-n长波焦平面探测器的性能进行测试分析,在110 K时p-on-n长波碲镉汞红外焦平面探测器噪声等效温差（Noise Equivalent Temperature Difference , NETD）为25.3 mK,有效像元率为99.48%,在高温条件下具备较优的工作性能。     

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。     

碲镉汞p-on-n长波异质结探测器材料的制备研究

报道了碲镉汞p+-on-n长波双层异质结材料和异质结台面器件的研究结果,重点研究了p+-on-n型双层异质结材料制备技术。通过水平滑舟富碲液相外延生长的方法在碲锌镉衬底上原位生长In掺杂碲镉汞n型吸收层材料,然后再采用富汞垂直液相外延技术制备p型As原位掺杂的碲镉汞cap层材料,从而获得p+-on-n型双层异质结材料,并通过湿法腐蚀、台面刻蚀以及钝化等工艺得到碲镉汞 p+-on-n长波异质结台面型器件。p+-on-n异质结器件结构可以有效克服少子寿命偏低等问题,在长波及甚长波波段具有更低的暗电流和更高的R0A值,这对于解决目前长波碲镉汞红外探测器暗电流大、结阻抗低的问题,提高长波及甚长波波段碲镉汞红外焦平面器件的性能具有重要的意义。     

分子束外延中波红外碲镉汞原位p-on-n技术研究

研究分析了采用MBE技术外延中波碲镉汞薄膜原位p-on-n材料生长结构及掺杂浓度。掌握了MBE碲镉汞原位p-on-n薄膜材料的生长温度、掺杂浓度和p-n结界面的控制技术,研究了原位p-on-n材料杂质的电学激活退火技术。利用傅里叶变换红外透过测试拟合得到了材料的组分、厚度均匀性,利用X-ray双晶衍射测试结果分析了晶体质量,并统计了材料的EPD值。利用SIMS测试分析了材料中杂质分布状况和浓度,对台面器件I-V特性曲线进行了测试分析。     

甚长波碲镉汞红外焦平面探测器

采用砷离子注入p-on-n平面结技术制备了77 K工作温度下截止波长分别为13.23 μm和14.79 μm、像元中心距为25 μm的甚长波640×512探测器,并对其基本性能和暗电流进行了测试和分析。结果表明,对于截止波长为13.23 μm的甚长波640×512（25 μm）,器件量子效率为55%,NETD平均值为21.5 mK,有效像元率为99.81%;对于截止波长为14.79 μm的甚长波640×512（25 μm）,器件量子效率为45%,NETD平均值为34.6 mK,有效像元率为99.28%。这两个甚长波器件在液氮温度下的R₀A分别为19.8 Ω·cm²和1.56 Ω·cm²,达到了“Rule07”经验表达式的预测值,器件噪声主要受散粒噪声限制,显示出了较好的器件性能。     

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。     

制备HgCdTe红外焦平面器件的离子注入技术

1 前言 啼镉汞光伏型红外焦平面列阵器件(IRF-PAs)是以外延材料为基础发展起来的,其基本工作原理利用了P-n结的光电效应。目前,碲镉汞光伏型红外焦平面的器件结构主要是离子注入形成的n-on-p和p-on-n平面结。虽然现在已     

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。     

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。     

液相外延碲镉汞中砷离子注入与激活表征研究

As在HgCdTe材料中具有较小的扩散系数,可以形成较为稳定的结构,广泛应用于HgCdTe的p型掺杂。在p-on-n型碲镉汞红外探测器的制备中As掺杂是重要的制备方法。针对在制备过程中存在无法精确测量As激活率的问题,提出采用低温弱p型退火辅助差分霍尔测试的方法,获得了载流子浓度分布,从而通过与SIMS测试结果对比得到长、中波液相外延HgCdTe样品中As的激活率,并分析了退火等工艺对As掺杂后激活率的影响。     

碲镉汞p-on-n双层异质结材料表面缺陷研究

对碲镉汞p-on-n双层异质结材料的表面缺陷进行了研究。材料表面缺陷会对后续器件的性能产生影响。利用光学显微镜观察外延完的材料表面,发现表面不规则块状缺陷和表面孔洞缺陷较为常见。使用共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析等测试手段分析发现,缺陷的形成原因是p型层生长过程中镉耗尽以及n型层生长过程中产生缺陷的延伸。     

MBE HgCdTe heterostructure p-on-n planar infrared photodiodes

We recently succeeded in fabricating planar Hg_1−yCd_yTe/Hg_1−xCd_xTe (x<y) heterostructure photodiodes with the p-on-n configuration. Here we discuss early results in detail and present new results on an expanded range of infrared operation. The material used for this demonstration was grown by molecular beam epitaxy on lattice-matched CdZnTe substrates. The p-on-n planar devices consist of an arsenic-doped p-type epilayer (y∼0.28) atop a long wavelength infrared n-type epilayer (x=0.22–0.23). The planar junctions were formed by selective pocket diffusion of arsenic deposited on the surface by ion implantation. Detailed analysis of the current-voltage characteristics of these diodes as a function of temperature shows that they have high performance and that their dark currents are diffusion-limited down to 52K. Low frequency noise measurements at a reverse bias voltage of 50 mV resulted in noise current values (at 1 Hz) as low as 1×10⁻¹⁴ amps/Hz^0.5 at 77K. Average R_oA values greater than 10⁶ Ω-cm² at 40K were obtained for these devices with cut-off wavelength values in the 10.6 to 12 μm range. Seventy percent of these devices have R_oA values greater than 10⁵ Ω-cm² at 40K; further studies are needed to improve device uniformity. These results represent the first demonstration that high performance long wavelength infrared devices operating at 40K can be made using HgCdTe material grown by a vapor phase epitaxy growth technique.     

碲镉汞高温红外探测器组件进展

高工作温度红外探测器组件是第三代红外探测器技术的重要发展方向,可用于高工作温度红外探测器的基础材料主要有锑基和碲镉汞两大类。介绍了昆明物理研究所在高工作温度红外焦平面探测器组件方面的最新研究进展,其中基于碲镉汞材料p-on-n技术研制的高工作温度中波640×512探测器组件在150 K温区性能优异,探测器的噪声等效温差(NETD)小于20 mK,配置了高效动磁式线性制冷机的高温探测器组件(IDDCA结构),质量小于270 g,探测器组件光轴方向长度小于70 mm(F4),室温环境下组件稳态功耗小于2.5 Wdc,降温时间小于80 s,声学噪声小于27 dB,探测器光轴方向自身振动力最大约1.1 N。目前正在进行环境适应性和可靠性验证,完成后就可实现商用量产。     

MOCVD of bandgap-engineered HgCdTe p-n-N-P dual-band infrared detector arrays

We report the implementation of recent advances in metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) for in situ growth of four-layer HgCdTe mid wave/ long wave (MW/LW) simultaneous dual-band 64 × 64 infrared detector arrays. This independently accessed, simultaneous, double-heterojunction p-n-N-P dualband detector has two back-to-back stacked photodiodes grown on CdZnTe (100) substrates. The LW photodiode is a p-on-n heterojunction grown on top of an MW N-on-P heterojunction photodiode. Secondary ion mass spectrometry depth profiles of these 28 μ m thick p-n-N-P dual-band films show four well-defined regions of alloy composition and doping, and agree well with the device design. 64 × 64 arrays of dual-band detectors were fabricated from these films using electron cyclotron resonance dry etching and CdTe passivation, and hybridized to a dual-band readout chip. Two bump inter-connects in each unit cell provide independent electrical access to the back-to-back MW and LW photodiodes, and allow the MW and LW photocurrents to be separate and independent. The dualband infrared focal plane arrays (IRFPAs) spectral response data at 78K are well-behaved and are fully consistent with that observed in individual singleband LW p-on-n and MW N-on-P heterojunction devices of the same design. The hybridized 64 × 64 duai-band FPAs have MW and LW average in-band quantum efficiencies of 79 and 67%, and median D* values of 4.8 × 10¹¹ and 7.1 × 10¹⁰ cm-√Hz/W, in the respective spectral bands at 78K. The data demonstrate that MOCVD has progressed significantly toward being a practical and viable vapor phase in situ growth technology for advanced bandgap-engineered HgCdTe detector arrays.