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...     

碲镉汞薄膜的进展与趋势

本文针对响应波长8～12μmMCT焦平面阵列探测器对MCT薄膜材料性能要求,分析了液相外延(LPE)和分子束外延(MBE)生长的MCT薄膜,究竟哪一种方法生长的薄膜能更好地满足焦平面阵列探测器的技术要求。根据LPE工艺的日趋成熟所暴露出来的缺点,MBE工艺的进展与理论上预示的优点在实验中得到了证实。两者相比较,它们相互易位,过去10多年把LPE作为生长MCT薄膜的主要方法,现在已转向以MBE(也包括MOCVD)作为今后生长MCT薄膜的主攻方向。     

碲镉汞红外焦平面器件技术进展

近十年碲镉汞第二代红外焦平面探测器应用呈现爆发式增长,也是第三代焦平面技术快速发展的十年。文中对近十年来碲镉汞红外焦平面探测器技术的发展进行了简单的回顾,并结合碲镉汞红外焦平面探测器的应用,对在碲镉汞红外焦平面探测器技术方面的研究工作和工程应用进行了总结,最后,对未来碲镉汞红外焦平面探测器技术的发展进行了展望。     

昆明物理研究所大面积水平推舟液相外延碲镉汞薄膜技术进展

报道了近年来昆明物理研究所在富碲水平推舟液相外延碲镉汞外延薄膜制备技术方面的进展。2019年以来,突破了?120 mm碲锌镉晶体定向生长技术,使碲锌镉衬底沉积相和夹杂相密度≤5×103 cm－2,位错腐蚀坑密度（EPD）≤4.0×104 cm－2,?120 mm（111）晶圆衬底的Zn组份分布极差≤0.36%。基于碲锌镉衬底技术的进步,液相外延碲镉汞薄膜的最大生长尺寸达到了70 mm×75 mm,薄膜位错腐蚀坑密度均值为5×104 cm－2,X射线双晶回摆曲线半峰宽（DCRC-FWHM）≤35 arcsec,部分可控制到25 arcsec以下;50 mm×60 mm尺寸长波碲镉汞薄膜的厚度极差≤±1.25 μm,室温截止波长极差≤±0.1 μm,中波碲镉汞薄膜相应指标分别为≤±1 μm、≤±0.05 μm。材料技术的进展促进了制冷型碲镉汞探测器产能提升和成本的降低,也支撑了高性能长波/甚长波探测器、高工作温度（HOT）探测器以及2048×2048、4096×4096等甚高分辨率高性能探测器的研制。     

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。     

大尺寸碲镉汞材料研究现状与趋势

随着大面阵红外探测器技术研究越来越深入,大尺寸红外探测器材料技术成为制约红外探测器技术发展的重要环节。本文介绍了Sofradir公司、Teledyne公司、Raytheon公司、AIM公司红外探测器材料研究的现状,从生长方式、衬底选择等方向分析大尺寸碲镉汞材料研究现状与趋势。     

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。     

碲锌镉衬底上中长双色红外碲镉汞分子束外延生长研究

报道了使用分子束外延(Molecular beam epitaxy,MBE)技术,在(211)B碲镉汞(CdZnTe,CZT)衬底上生长中长波双色碲镉汞(HgCdTe,MCT)薄膜材料,生长温度为180℃,研究了双色碲镉汞薄膜材料衬底脱氧技术、分子束外延薄膜生长温度与缓冲层生长等关键技术,实现了中长波双色碲镉汞薄膜生长,外延薄膜采用相差显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、二次离子质谱仪(SIMS)及X射线衍射仪(XRD)对薄膜的表面缺陷、厚度、组分及其均匀性、薄膜纵向组分以及晶体质量进行了表征,表面缺陷数量低于600 cm-2,组分(300 K测试)和厚度均匀性分别为?x≤0.001、?d≤0.9μm,X-Ray双晶衍射摇摆曲线FWHM=65 arcsec,得到了质量较高的中长波双色碲镉汞薄膜材料.     

影响十一所红外技术发展几件大事的回忆——为纪念十一所成立50周年

文中回顾了中国电子科技集团公司第十一研究所红外专业从创建到发展中的几件大事,说明专业发展与国家需要紧密相联。     

Issues in HgCdTe Research and Expected Progress in Infrared Detector Fabrication

The purpose of this paper is to review the trends in HgCdTe research, illustrating the discussed ideas with the latest results obtained at DEFIR (CEA-LETI and Sofradir joint laboratory). The beginning of this paper is devoted to an extended introduction to today’s issues concerning HgCdTe photodiode performance enhancement. In fact, very high-quality material is mandatory for ultrahigh performance at low temperature as well as for high noise operability at high operating temperature (HOT). Therefore, a strong effort has been carried out during the last few years for lattice-matched CdZnTe substrate and HgCdTe active layer growth improvement, leading to very large substrates and ultraflat liquid-phase epitaxy layers. The same analysis holds for diode process quality and passivation. Therefore, the photodiode process has been completely revisited in order to optimize HOT operability. Also necessary for the next generation of HOT devices, some significant progress has been made in small-pixel-pitch interconnection on silicon read-out circuits. Indeed, the first 10-μm focal-plane arrays (FPAs) have been successfully fabricated this year in the mid-wave infrared (IR) band. The latest avalanche photodiode (APD) realizations are also presented with 15-μm-pitch FPAs for passive imaging and 30-μm-pitch ultrafast arrays running at 1.5 kHz full frame rate. Linear-mode photon counting using APDs is also briefly discussed. Finally, the paper concludes on more complex structures for the third generation of IR detectors, discussing the latest achievements in dual-band FPA fabrication in various spectral bands.     

异质衬底外延碲镉汞薄膜位错抑制技术进展

分子束外延碲镉汞技术是制备第三代红外焦平面探测器的重要手段,基于异质衬底的碲镉汞材料具有尺寸大、成本低、与常规半导体设备兼容等优点,是目前低成本高性能红外探测器发展中的研究重点。对异质衬底上碲镉汞薄膜位错密度随厚度的变化规律进行了建模计算,结果显示ρ～1/h 模型与实验结果吻合度好,异质衬底上原生碲镉汞薄膜受位错反应半径制约,其位错密度无法降低至 5×10⁶cm^-2以下,难以满足长波、甚长波器件的应用需求。为了有效降低异质外延的碲镉汞材料位错密度,近年来出现了循环退火、位错阻挡和台面位错吸除等位错抑制技术,本文介绍了各技术的原理及进展,分析了后续发展趋势及重点。循环退火和位错阻挡技术突破难度大,发展潜力小,难以将碲镉汞位错密度控制在 5×10⁵cm^-2以内。台面位错吸除技术目前已经显示出了巨大的发展潜力和价值,后续与芯片工艺融合后,有望大幅促进低成本长波、中长波、甚长波器件的发展。     

New techniques in SIMS analysis of HgCdTe materials

This paper presents two new approaches used in the secondary ion mass spectrometry (SIMS) for high sensitivity dopant and impurity analysis in HgCdTe materials, namely, the high mass resolution with dynamic transfer and the MCs⁺ technique. It is shown that better detection limits for As and Cu can be obtained at a level of 2–5e14 at/cm³. The MCs⁺ technique has added advantages of better measurement precision, monitoring Cd composition in the same profile, and small device area analysis capability. Advantages and trade-offs of each technique are discussed and compared. An updated detection limit table for all elements measured in HgCdTe materials using SIMS is also presented.     

长波p-on-n碲镉汞红外焦平面器件研究进展

与n-on-p材料相比,p-on-n材料具有更低的暗电流和更高的工作温度,更适于长波以及高温工作碲镉汞红外焦平面器件。介绍了法国Sofradir公司、美国Raytheon Vision Systems公司以及国内的华北光电技术研究所和昆明物理研究所在长波p-on-n器件上的研究进展。     

昆明物理研究所HgCdTe光导探测器的现状及发展

“七五”,“八五”期间,昆明物理研究所成功地研制和发展了ＨｇＣｄＴｅＳＰＲＩＴＥ探测器组件和多元短线列光导ＨｇＣｄＴｅ探测器组件,本文简要报道这两种探测器组件的现状和今后的发展。     

HgCdTe多层异质结红外探测材料与器件研究进展

HgCdTe多层异质结技术是未来主流红外探测器发展的重要技术方向,在高工作温度、双/多色和雪崩光电管等高性能红外探测器中扮演着重要的角色。近年来基于多层异质结构的HgCdTe高工作温度红外探测器得到了快速发展,尤其是以势垒阻挡型和非平衡工作P+-π(ν)-N+结构为主的器件受到了广泛的研究。本文系统介绍了势垒阻挡型和非平衡工作P+-π(ν)-N+结构HgCdTe红外探测器的暗电流抑制机理,分析了制约两种器件结构发展的关键问题,并对国内外的研究进展进行了综述。对多层异质结构HgCdTe红外探测器的发展进行了总结与展望。     

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。     

Progress in MOVPE of HgCdTe for advanced infrared detectors

This paper reviews the significant progress made over the past five years in the development of metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) for the in situ growth of HgCdTe p-n junction devices for infrared detector arrays. The two basic approaches for MOVPE growth of HgCdTe, the interdiffused multilayer process (IMP), and direct alloy growth (DAG) are compared. The paper then focuses on the progress achieved with the IMP approach on lattice-matched CdZnTe substrates. The benefits of the precursors ethyl iodide (EI) and tris-dimethylaminoarsenic (DMAAs) for controlled iodine donor doping and arsenic acceptor doping at dopant concentrations relevant for HgCdTe junction devices are summarized along with the electrical and lifetime properties of n-type and p-type HgCdTe films grown with these precursors. The relative merits of the two CdZnTe substrate orientations we have used, the (211)B and the (100) with 4°–8° misorientation are compared, and the reasons why the (211)B is preferred are discussed. The growth and repeatability results, based on secondary ion mass spectrometry analysis, are reported for a series of double-heterojunction p-n-N-P dual-band HgCdTe films for simultaneous detection in the 3–5 μm and 8–10 μm wavelength bands. Finally, the device characteristics of MOVPE-IMP in situ grown p-on-n heterojunction detectors operating in the 8–12 μm band are reviewed and compared with state-of-the-art liquid phase epitaxial grown devices.