具有组分梯度的HgCdTe探测器在激光测量中的潜在应用

该文将组分梯度引入HgCdTe探测器结构设计中,提出了一种可以降低PN结附近热激发载流子浓度的方法。建立暗电流机制模型,分析高温下暗电流成份,分析结果表明,降低热激发载流子浓度对结区的影响是提高器件工作温度的关键。利用组分梯度在PN结附近构建不同的电场,不同电场下样品暗电流和噪声电流随温度的变化曲线表明,构建的电场越强,降低结区附近热激发载流子浓度的效果越明显。通过数据分析,提出构建103 V/cm量级的组分梯度内建电场可抑制热激发载流子向结区的扩散运动,有效地降低结区附近热激发载流子浓度。

分子束外延中波/中波双色HgCdTe材料研究

采用分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,MBE)法制备了高质量的npn型中波/中波双色HgCdTe材料。利用傅里叶变换红外光谱仪(Fourier Transform Infrared Spectrometer,FTIR)、二次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectroscopy,SIMS)、X射线双晶衍射仪(X-Ray double-crystal Diffractometer,XRD)分别测试了材料组分、厚度、元素分布和平均半峰宽等参数。结果表明,材料底部n型吸收层的碲镉汞组分为0.318,厚度为7.15 m;p型层的组分为0.392,厚度为2.47 m;顶部n型吸收层的组分为0.292,厚度为4.71 m。As掺杂浓度约为3×10^(18)cm^(-3),In掺杂浓度为4×10^(15)cm^(-3),平均半峰宽约为95 arcsec,表明该材料具有良好的质量。利用聚焦离子束(Focused Ion Beam,FIB)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、X射线能谱仪(Energy-Dispersive X-ray spectrometer,EDX)测试表征了HgCdTe外延材料表面缺陷的形貌,确认缺陷主要受生长温度和Hg/Te束流比等生长参数的影响。

近化学计量比的HgCdTe薄膜表面处理方法

本文采用X射线光电子能谱检测技术分别对溴-甲醇(Br_(2):Me)、溴-氢溴酸(Br_(2):HBr)和溴-氢溴酸-乙二醇(Br_(2):HBr:Eg)3种体系的腐蚀液处理后的HgCdTe表面状态进行了研究,结果表明这3种溴基腐蚀液均会造成HgCdTe表面富碲(Te^(0)),且富碲程度为(Br_(2):HBr:Eg)<(Br_(2):HBr)<(Br_(2):Me)。为了获得接近化学计量比的表面,一般采取先氧化富碲为TeO_(2)后腐蚀的方式去除表面富碲,然而,湿法腐蚀去除表面富碲的方法存在各种缺点。等离子体氧化具有氧化性强,工艺稳定,安全环保等优点,因此本文通过氧等离子体氧化Br_(2):HBr:Eg处理后的HgCdTe表面,进一步研究了盐酸、乳酸和氢氧化铵溶液腐蚀去除HgCdTe表面氧化物的情况,结果表明低浓度的盐酸能够较彻底地去除HgCdTe表面氧化物且不引入碳等其他污染物。在此接近化学计量比的表面制备的CdTe钝化膜与HgCdTe界面孔洞大小及数量显著减小,说明CdTe/HgCdTe界面的缺陷密度更低。

10μm 1280×1024 HgCdTe中波红外焦平面阵列探测性能提升

对像元尺寸为10μm的1280×1024碲镉汞(HgCdTe)中波红外焦平面阵列的制备技术和性能进行了研究。通过B+注入制备小尺寸n-on-p平面结;采用高平整度HgCdTe外延材料和高精度的倒焊互连技术,实现高的电学连通率;采用多段温度填胶固化和边缘刻蚀工艺减轻HgCdTe器件和读出集成电路(ROICs)之间的热失配,从而降低焦平面器件失效率。在85 K焦平面工作温度下,研制探测器的光谱响应范围为3.67μm至4.88μm,有效像元率高达99.95%,并且探测器组件像元的平均噪声等效温差(NETD)和暗电流密度的平均值分别小于16 mK和2.1×10^(-8)A/cm^(2)。与像元尺寸为15μm的探测器相比,10μm的1280×1024中波红外探测器可获取更加精细的图像,具有更远的识别距离。目前,该技术已成功转移到浙江珏芯微电子有限公司(ZJM)的HgCdTe红外探测器产线。

具有组分梯度的HgCdTe探测器光电特性

PN结分别制备在HgCdTe外延薄膜材料的Cd组分非线性分布区和线性分布区的高组分端,研究了具有组分梯度的HgCdTe探测器的光电特性。计算不同温度下组分梯度产生的内建电场,结果显示Cd组分线性分布产生的内建电场在100~200 V/cm,而Cd组分非线性分布使得样品表面薄层的内建电场高达2 000 V/cm,推测组分梯度产生的内建电场对光生少子运动的影响是引起两个样品光电性能差异的主要原因。通过分析样品响应率随温度的三种不同变化趋势,提出利用温度调控组分梯度产生的内建电场,有利于降低空间电荷效应,为大注入下提高HgCdTe探测器的饱和阈值提供了一种新的设计思路。

分子束外延HgCdTe薄膜As掺杂P型激活研究(英文)

报道了利用As4 作为掺杂源获得原位As掺杂MBEHgCdTe材料的研究结果.利用高温退火技术激活As使其占据Te位形成受主.对原位As掺杂MBEHgCdTe材料进行SIMS及Hall测试,证实利用原位As掺杂及高温退火可获得P型MBEHgCdTe材料.

退火工艺对HgCdTe材料位错密度及电学性能影响的研究

实验分别采用高低温退火和循环变温退火方式对液相外延生长的HgCdTe材料进行饱和汞压热处理,研究了两种热处理工艺对碲镉汞材料位错密度及电学性能的影响。结果表明:相较于高低温退火,经循环变温退火后HgCdTe材料的位错密度有了明显的降低,并且材料的迁移率有了显著的提升。研究发现循环变温退火是一种较好提升HgCdTe材料性能的热处理方法。

高功率CO2激光对远场HgCdTe探测器的干扰实验

理论分析和实验研究了高功率CO2激光对远场光导型长波红外HgCdTe探测器的干扰损伤。采用激光辐照探测器的温升理论模型,根据实验参数,讨论了高功率激光对长波红外探测器的损伤机理,计算了温升与辐照时间和功率的关系,并和CO2激光器在距离15km处辐照光导型长波红外HgCdTe探测器的实验结果进行对比分析。实验结果表明,2.5kW连续CO2激光经过大气衰减后在15km处激光功率密度可达0.161W/cm2,计算可知此时会聚到探测器靶面处的功率密度为140W/cm2;靶面处功率密度为20.5W/cm2时,对探测器产生干扰;靶面处功率密度为110W/cm2时,达到损伤,计算此时探测器表面温度已达到Hg析出温度,这一实验现象和理论计算预期结果相吻合。实验结论对研究探测器的激光防护和激光干扰星载探测器技术具有指导意义。

新型亚波长陷光结构HgCdTe红外探测器研究进展

综述了近几年来亚波长陷光结构Hg Cd Te红外探测器研究进展.系统介绍了一种结合有限元方法与时域有限差分方法对红外探测器的"光""电"特性进行联合模拟和设计方法,以及基于这种新的数值模拟方法对亚波长人工微结构Hg Cd Te红外探测器的模拟和分析结果.理论分析和实验研制数据均显示这种新型亚波长人工微结构结构具有很好的陷光特性,在提高长波红外探测器性能方面具有潜在应用前景.

CO_2激光对长波红外HgCdTe探测器干扰的分析

激光干扰是对抗精确制导武器、保卫己方目标的重要方式.针对高功率CO2激光对某光导型长波红外HgCdTe探测器的干扰损伤进行了理论分析与实验研究.根据实验结果,利用激光辐照探测器的温升理论模型,计算了温升随辐照时间和功率的关系,并和CO2激光器辐照光导型长波红外HgCdTe探测器的实验结果进行了对比.理论和实验结果表明,此探测器的干扰阈值为16.5W/cm2,损伤阈值为126W/cm2.实验结论对研究激光干扰星载探测器技术具有一定的参考价值.

10.6μm CO_2激光对HgCdTe探测器破坏阈值的实验研究

用10.6μm脉冲CO2激光辐照PC型HgCdTe光电探测器进行破坏阈值实验研究,通过改变激光辐照到探测器上的能量密度直至探测器损伤、破坏,得出了HgCdTe探测器的破坏阈值;利用一维半无限大模型计算了激光损伤探测器的破坏阈值,并与实验值进行了比较。分析表明,实验误差不仅来自于探测器不同的材料性质,而且与光斑的大小,探测器的制作工艺等多种因素有关;分析了不同脉宽的激光脉冲对破坏阈值的影响,得出了合理的破坏阈值。

红外透射光谱在HgCdTe外延薄膜性能评价中的应用

用最新发表的ＨｇＣｄＴｅ材料的光学常数对ＭＢＥ工艺生长的ＨｇＣｄＴｅ／ＣｄＴｅ／ＧａＡｓ材料的透射光谱进行了理论计算．对受生长工艺破坏的衬底背面再次进行抛光处理，消除因表面不平整引起的漫反射效应，使实验测量得到的光谱曲线与理论计算结果很好地吻合，由此得到的ＨｇＣｄＴｅ和ＣｄＴｅ外延层的厚度和解理面上用显微镜测量的数值相同，准确度优于±０．２μｍ．确定ＨｇＣｄＴｅ组分的准确度优于±０．

PV型HgCdTe光电探测器中的混沌及其诊断

对激光辐照半导体光电探测器的实验研究,发现当一束不太强的稳定连续波激光照射在PV型HgCdTe光电探测器上时,可以引起探测器出现混沌行为。利用光电探测器的光电压信号随时间变化的实验数据,通过求功率谱、计算Lyapunov指数对混沌进行了诊断。

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 。

高重频CO_2激光损伤HgCdTe晶体的数值分析

针对CO2激光作用下HgCdTe晶体的损伤问题进行了数值分析。首先,建立了高重频CO2激光损伤Hg0.784Cd0.216Te晶体的三维热传导物理模型;然后,利用有限元方法计算了单脉冲和高重频CO2激光作用下,Hg0.784Cd0.216Te晶体的损伤阈值;最后,分析了激光重频以及辐照时间对晶体损伤阈值的影响。研究结果表明:单脉冲激光辐照下,晶体的损伤阈值为64.5 J/cm2;高重频(f>1 kHz)激光辐照下,激光重频的改变对晶体损伤阈值的影响较小,损伤阈值应由平均功率密度表征,且与辐照时间密切相关;辐照时间的增加,可以有效地减小晶体的损伤阈值,当激光辐照功率密度<1.95 kW/cm2时,不会发生晶体损伤。研究结果对高重频CO2激光在激光加工以及激光防护的应用方面具有指导意义。

光伏型长波HgCdTe红外探测器的数值模拟研究

报道了光伏型长波Hg1-xCdxTe(x=0.224)n-on-p红外探测器数值模拟研究的结果.采用二维模型,在背照射方式下,以p区厚度、两电极间距离、结区杂质浓度分布、少子寿命为参量,模拟计算了R0A积、零偏光电流与这些参量之间的变化关系.计算表明,随p区厚度增加,R0A积下降;R0A积随电极之间距离增大而增加,但量子效率随距离增大而降低,电极之间最佳距离大约为100μm;R0A积和光电流对结区杂质浓度分布形状不敏感;随少子(电子)寿命降低,R0A积和光电流下降.二维模型弥补了一维模型难以计算横向电流、电场的缺点.

PV型HgCdTe线阵探测器的光学串扰

针对MCT红外焦平面阵列器件普遍存在的光串扰问题进行研究,从器件内部结构上,建立了线阵器件理论计算模型,并基于载流子连续性方程,利用Comsol软件对光串扰的大小进行了数值定量计算,研究了不同探测器结构尺寸、温度和材料等参数对光串扰的影响;从器件外部结构上,利用几何光学,研究了外部光学结构对光串扰的影响。研究结果表明,器件内部的衬底外延层厚度与器件外部的真空层对光串扰的影响最大,为今后红外焦平面器件结构的改进提供了一定的理论指导。

分子束外延HgCdTe表面缺陷研究

采用 Ga As作为衬底研究了 Hg Cd Te MBE薄膜的表面缺陷 .借助 SEM分析了不同缺陷的成核机制 ,确定了获得良好表面形貌所需的最佳生长条件 .发现 Hg Cd Te外延生长条件、衬底表面处理等因素与外延层表面各种缺陷有关 .获得的外延层表面缺陷 (尺寸大于 2 μm)平均密度为 30 0 cm- 2 ,筛选合格率为 6 5 % .

液相外延HgCdTe薄膜组分均匀性对红外透射光谱的影响

用多层模型和膜系传递矩阵计算了HgCdTe/CdZnTe外延薄膜的红外透射光谱,结果表明组分扩散区主要影响透射光谱的干涉条纹和透射率小于10%的区域,而组分梯度区则影响吸收边斜率.横向组分波动也将影响透射光谱的吸收边斜率,当组分均方差小于0. 005时,横向组分波动对透射光谱影响可以忽略.用新的组分分布模型计算了HgCdTe/CdZnTe液相外延薄膜的理论透射光谱,并运用非线性二乘法使理论曲线能够很好地与实验结果吻合,从而获得了更加可信的HgCdTe外延薄膜的纵向组分分布和厚度参数.

激光束诱导电流在HgCdTe双色探测器工艺检测中的应用

报道了激光束诱导电流(LB IC)在碲镉汞(HgCdTe)红外双色探测器工艺检测中的应用.通过LB IC测试,发现p型HgCdTe材料由B+离子注入损伤形成的n区面积大于其注入面积,并获得n区横向的精确分布.同时,运用LB IC,获得了p型HgCdTe材料因不同能量的等离子体干法刻蚀诱导的刻蚀台面侧壁工艺损伤形成的n区横向分布,并得到了n区横向宽度与等离子体能量的关系.