锑化铟单晶材料研究进展

锑化铟(InSb)材料因其特殊性质,是一种重要的中波红外探测、霍尔元件材料。本文总结了InSb材料的需求现状以及国内外主流InSb材料厂商的研究进展,重点介绍了中国电子科技集团公司第十一研究所在InSb材料方面的最新研究进展。最后,本文提出了InSb材料未来发展趋势。

锑化铟晶体空位缺陷的正电子湮灭研究

锑化铟晶体材料的电学性能是影响最终制备的红外探测器件性能的关键因素。材料内部的杂质以及点缺陷特别是空位缺陷会极大的影响材料的电学性能,有时甚至会导致材料反型。本文利用正电子湮灭谱对锑化铟晶体材料的空位缺陷类型进行了研究,同时还对不同晶体生长拉速、导电类型晶体材料的正电子湮灭寿命进行分析。结果表明其内部主要为V In型空位缺陷,且在一定拉速范围内,正电子湮灭寿命基本无变化,此外空位缺陷也不是导致N型锑化铟晶体材料导电类型反型的主要原因。

锑化铟焦平面器件背面的湿法腐蚀技术研究

湿法腐蚀可以有效地去除芯片在背减薄过程中因机械作用产生的损伤,提升器件的量子效率。为了获得一种合适的湿法腐蚀方法,研究了以氢氟酸、盐酸和乳酸为主的3种不同体系的酸性锑化铟腐蚀液。通过金相显微镜和原子力显微镜的表征结果选取最优的腐蚀液体系。在此基础上继续优化了氢氟酸腐蚀液的浓度和配比,研究了腐蚀液的腐蚀速率和一致性。最后,使用优化后的腐蚀液处理锑化铟芯片,研究了该芯片在77 K温度下的性能。电平图结果显示,该腐蚀液可以有效地去除芯片表面的损伤,而且器件电压信号Vs达到485 mV。湿法腐蚀技术成功应用于芯片背减薄后的表面处理,对于锑化铟背面处理技术的研究有重要意义。

VESTA软件在材料化学课程教学中的应用——以纳米锑化铟孪晶结构为例

在材料化学的教学过程中,笔者将实验室制备的锑化铟孪晶纳米结构及其相关结构表征数据引入到授课内容之中,并借助VESTA软件模拟出锑化铟孪晶纳米结构的模型。通过在课堂上对VESTA软件的实时操作,生动展现了不同角度以及不同显示形式的三维孪晶结构。这种“理论知识讲解+软件操作演示+科研成果案例”相结合的模式,不仅可以加深学生对孪晶结构的理解,还能激发学习兴趣,提升运用科学工具解决实际问题的能力,实现课堂教学与科研探索的相辅相成。

基于锑化铟合成及区熔的热场研究

为了适应中波红外探测器的发展对锑化铟(InSb)材料的需求,以InSb合成及区熔设备为研究对象,开展了InSb合成及区熔的热场研究。针对两步工艺研究了组合式热场结构,采用有限元仿真分析方法对热场进行数值模拟计算,得到了适宜工艺的温度分布及规律。经过工艺实验,晶锭出现3~10 cm的熔化区域,获得了载流子浓度和迁移率满足要求的N型InSb锭条。研究的组合式及三段熔区的热场结构有效提高了材料制备的效率,降低了制造成本。研究结果表明,合成及区熔设备温度场分布符合设计要求。仿真结果为此类设备的优化与改进提供了理论依据和有效手段,为红外探测器的发展提供了材料制备基础。

锑化铟红外探测器的微透镜阵列设计及试验

台面型锑化铟红外焦平面探测器的制作工艺简单,量子效率高,但是填充因子较低且会随着像元尺寸的减小而进一步降低。减小台面腐蚀深度可以提高探测器的填充因子,但会增大串音。介绍了一种新型微透镜阵列的设计与制备方法,以提高锑化铟红外探测器的填充因子并减小串音。与现有的热回流微透镜阵列相比,该微透镜阵列的填充率、表面粗糙度以及尺寸均匀性能得到了较好的兼顾,可直接在锑化铟红外探测器表面制作,工艺简单。结果显示,探测器的串音降低26%,光响应提高22%。

锑化铟晶片高温加速贮存性能变化研究

锑化铟晶片在存放以及使用过程中的性能稳定性是影响制备的探测器性能的重要因素之一。为了探究锑化铟晶片在长时间放置情况下的性能变化情况,对锑化铟晶片进行高温加速贮存试验,并在试验过程中对晶片几何参数、表面粗糙度、电学参数、位错缺陷等几个重要性能参数进行跟踪检测。结果表明,在高温加速试验条件下,除晶片外形发生轻微变化以外,其他性能基本不发生变化,晶片能够长期保存。

锑化铟红外探测器的三维电极成型技术

锑化铟的电极因三维特性易产生侧壁断裂问题,互联的铟柱会侵入电极内部,影响锑化铟芯片的可靠性。使用离子束溅射沉积、热蒸发、磁控溅射等方法制备三维电极体系,并通过聚焦离子束(Focused Ion Beam, FIB)方法以及扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)对其进行表征。结果表明,通过热蒸发、磁控溅射制备的电极三维覆盖情况较好,但存在电极脱落和剥离困难的问题;离子束溅射沉积方法可通过改变沉积角度、移除修正挡板来实现锑化铟三维电极的高质量制备。

大面阵锑化铟探测器芯片背减薄工艺技术开发

为实现大尺寸锑化铟混成芯片的高质量、高成品率背减薄,介绍了一种单点金刚石车削与磨抛相结合的背减薄工艺。该工艺采用单点金刚石车削技术实现锑化铟芯片大量厚度去除,然后通过旋转磨削工艺进一步去除车削损伤,最终实现了1280×10^(24)元(25μm)大尺寸锑化铟混成芯片背减薄(材料表面的半峰宽值约为8.20~11.90 arcsec)。与传统磨削工艺相比,该工艺对尺寸大、面型差的半导体芯片兼容性强,解决了大尺寸芯片在传统磨削工艺中因面型带来的裂片率高、减薄厚度不均匀的问题。

4英寸锑化铟晶体自动生长控制研究与实现

锑化铟(InSb)晶体是一种中波红外光电子材料,在工程实践领域已得到广泛应用。但锑化铟晶体受温场结构和其固有特性的影响,在生长过程中表现出对温度(功率)变化的敏感性和滞后性相矛盾的特点,导致在生长过程中自动控制较难。该文开展了针对锑化铟晶体对温度(功率)变化滞后性和敏感性的工艺研究与实验,分析了滞后时间与功率改变量之间的关系,通过算法解决了相应的问题,最终实现了4英寸(1英寸=2.54 cm)锑化铟晶体自动化控制生长。

基于锑化铟的双频可调窄带太赫兹吸波器

本文通过三维全波电磁仿真软件模拟计算得到该吸收结构的吸波性能:在入射方向平行于z轴和四个锑化铟圆柱温度均为T=270K的情况下,在共振频率3.1576THz和3.3877THz处得到两个吸收峰值,分别对应96%和99.9%的吸收率,并且改变锑化铟圆柱的温度会使这两个吸收峰值既可以实现同时调节也可以实现单独可调,即分别同时调整和对应对角线改变锑化铟圆柱的温度,并且结构参数的变化也会使得共振频率发生变化。该结构为设计可调频带吸收器提供了新的思路,在多幅调制器、成像和传感等领域具有广阔的应用前景。

连续波氧碘激光对光伏型锑化铟探测器的破坏阈值

通过测量光伏型锑化铟探测器在不同功率密度的连续波氧碘激光辐照下性能的变化，得到其破坏阈值范围为２６（０．８９ｓ）～１１３（１．４ｓ）Ｗ／ｃｍ２。理论上用一维热模型计算了探测器在激光辐照过程中温升和输出信号的变化过程，对实验结果进行了分析。

锑化铟晶体材料的发展及应用

锑化铟(InSb)晶体材料自发现伊始,基于其独特的物理化学性质和优良的工艺兼容性,成为了半导体材料领域研究的热点。近几十年来,由于其在红外探测领域的应用前景,更是深受国内外研究机构的广泛关注和重视,技术发展迅速。目前,InSb晶体材料作为制备高性能中波红外探测器的首选材料,应用前景和商业需求巨大,基于InSb晶体材料的红外探测器的快速发展更是大大提升了红外系统的性能,促进了红外技术在军民领域的广泛应用。本文主要介绍了InSb晶体材料的性质,梳理了国内外各公司及研究机构关于InSb晶体材料的研究进展,以及其在红外探测领域的应用情况,对其发展前景和趋势进行了展望。

锑化铟p-on-n光伏器件的离子注入设计

通过理论分析计算获得了光伏型InSb红外探测器的的优化掺杂浓度及结深。利用LSS理论估算了Be+注入InSb的射程及标准偏差,同时设计了与优化掺杂浓度及结深相对应的注入条件。实验所得典型的R0A为值4.7×103～3×103Ω·cm2,量子效率为0.65～0.7之间。实验R0A值及量子效率与理论结果基本吻合。此工作对离子注入工艺有一定的参考价值。

128×128元锑化铟红外焦平面探测器热-应力耦合分析

考虑探测器在热冲击过程中由于传导降温非均匀引起的温度梯度分布,借助ANSYS软件对温度梯度影响下的锑化铟探测器进行热-应力耦合分析。依据热分析结果得到了热冲击下探测器的降温时间曲线,以此为基础进行热-应力耦合分析得到了探测器的应力分布,并以温度、时间为参考量将热冲击过程中InSb芯片上应力最大值变化与传统均匀降温方式下的应力最大值变化进行对比,结果表明器件内部存在温度梯度时,InSb芯片上的应力增加呈现出先快后慢现象,明显不同于均匀降温的线性增加;且应力增加主要集中在热冲击初始0～0.5 s时间段,如此短时间段内应力的急剧增加将严重影响探测器的可靠性。最后对传导降温方式下应力变化可能引起InSb芯片失效的原因进行了初步探讨,这对预测裂纹的发生提供了一定的帮助。

5英寸锑化铟晶片加工及表征

锑化铟(InSb)材料因其特殊的性质被广泛用于红外光电探测等领域。随着更大面阵中波红外焦平面探测器的发展以及对低成本InSb红外探测器的需求,所需的晶片材料尺寸也日益增加。本文通过采用新结构石墨托以及高精度低损伤单线切割实现了5英寸InSb晶体定向断段;采用低损伤边缘倒角技术同时优化研磨参数改善了5英寸InSb晶片研磨;通过优化贴片工序提高了5英寸InSb晶片抛光后的平整度;通过优化抛光液pH值以及配比提高了5英寸InSb晶片表面质量。同时,使用X射线晶体定向仪、原子力显微镜等测试仪器对5英寸InSb晶片的晶向及偏差、抛光表面宏观质量、几何参数、表面粗糙度、晶格质量进行了测试表征。测试结果表明,采用优化后的加工工艺制备出了高质量的5英寸InSb晶片,能够满足InSb红外探测器制备需求。

锑化铟光电探测器的远距离激光干扰研究

激光器性能(功率、波长、发散角等)、激光大气传输特性等直接影响激光对光电探测器的远距离干扰效果。测量得到锑化铟光电探测器的光谱响应曲线及饱和功率密度阈值曲线,利用MODTRAN软件分析了两种特定传输路径下大气传输透射率随激光波长的变化曲线。结合中红外波段激光器的发展现状,分析了特定激光器的大气传输透射率,计算得到了利用氟化氘激光器和光参量振荡器有效干扰锑化铟探测器所需的激光功率阈值。

感应耦合等离子体干法刻蚀锑化铟薄膜研究

应用感应耦合等离子体技术首次实现了对锑化铟薄膜的干法刻蚀。朗缪尔探针诊断结果表明 :射频电源功率为 2 0 0 W时 ,在刻蚀样品附近的等离子体离子密度最大达 6.71 70× 1 0 1 0 cm- 3。以 CCl F2 为刻蚀气体 ,进气流量 2 m L/min,RF功率 2 0 0 W,等离子体反应刻蚀运行气压 7.98Pa时 ,对 In Sb-In薄膜进行了感应耦合等离子体干法刻蚀 ,获得刻蚀图形 ,宽深比为

锑化铟离子注入退火技术研究

对锑化铟(InSb)铍离子(Be+)注入后的快速退火技术进行了研究,并对不同退火温度和时间的晶片进行了工艺实验,通过测试其PN结I-V特性,对比了不同快速退火条件对PN结特性的影响,确定在一定快速热退火条件下可以获得高质量的PN结,并对试验结果进行了分析。

小型化锑化铟探测器制备

随着红外探测技术的不断发展,市场对红外探测器提出了越来越多的要求,如高分辨率、高工作稳定性、低成本、小型化等,红外探测器光敏芯片的制备技术随之向大面阵、小间距方向不断探索。基于市场需求,本文从技术发展的角度,研究采用离子注入技术、干法刻蚀技术制备台面结型焦平面阵列,实现高性能、窄间距、小型化光敏芯片的制备,为未来高分辨率芯片的制备奠定技术基础。文章介绍了128×128(15μm)、128×128(10μm)两款器件的制备,两款器件中测I-V性能良好,其中,128×128(15μm)器件杜瓦封装组件后性能表现良好。