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(35)x≤0.001、(35)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。

氧化镁填充导热硅橡胶的性能研究

对氧化镁填充导热硅橡胶的性能进行研究。结果表明,氧化镁用量在200份以下时,小粒径氧化镁填充硅橡胶的热导率和拉伸强度大于大粒径氧化镁填充硅橡胶,而拉断伸长率则相反;大粒径氧化镁/小粒径氧化镁并用比为100/100时硅橡胶的热导率最大;添加适量的硅烷偶联剂有利于提高硅橡胶的热导率,其最佳用量约为大粒径氧化镁用量的0.5%。

昆明物理研究所分子束外延碲镉汞薄膜技术进展

碲镉汞(MCT)自从问世以来一直是高端红外(IR)探测器领域的首选材料,分子束外延碲镉汞技术具有低成本异质外延、材料能带精准调控、原位成结等优势,是第三代红外焦平面陈列(FPA)器件研制的重要手段。本文报道了昆明物理研究所分子束外延(MBE)MCT薄膜技术进展,包括材料结构、晶体质量、表面缺陷、材料均匀性、掺杂浓度等参数优化控制的研究结果。异质衬底、碲锌镉衬底上MCT薄膜尺寸分别为4英寸(10.16 cm)及2.5 cm×2.5 cm,材料EPD值分别在1×106 cm^-2附近及(3~30)×104 cm^-2范围,表面宏观缺陷密度分别在30 cm^-2附近及100~300 cm^-2范围,薄膜质量与国内外先进水平相当。采用分子束外延MCT薄膜实现了2048×2048中波红外(MWIR)、2048×2048短波甚高分辨率红外(SWIR)焦平面、640×512中短双色红外(S-MWIR)、320×256中中双色红外(M-MWIR)FPA探测器的研制和验证。

双色焦平面红外探测器相对光谱串音研究

提出了一种评价双色探测器的相对光谱串音的模型及测试方法。为验证模型及测试方法的可行性,采用分子束外延锗基叠层异质结构碲镉汞薄膜材料,研制了微台面结构短波/中波双色红外焦平面探测器原理器件,进行了相对光谱串音测试,归纳出3种主要的相对光谱串音模式,并结合材料、器件结构和工艺特点,分析了相对光谱串音的成因。

长波量子阱红外探测器材料技术研究

针对红外探测应用开展了长波GaAs/AlGaAs量子阱材料技术研究。系统地介绍了量子阱红外探测器材料的材料设计、生长和表征。基于一维薛定谔方程的求解获得量子阱材料的能带结构,进行量子阱材料的设计。采用分子束外延技术进行量子阱材料的生长研究。对量子阱材料的室温光荧光谱和高分辨率X射线衍射测试结果表现出材料高度晶格完整性以及平整界面。基于布鲁斯特角配置的傅立叶红外光谱测试获得了量子阱材料子带间跃迁吸收产生的红外吸收谱。采用该材料制备出高性能的量子阱红外焦平面探测器。

基于nBn势垒阻挡结构的碲镉汞高温器件

本文简要介绍了nBn势垒阻挡结构器件的提出、发展过程。讨论了nBn型器件的工作机理及其对暗电流的抑制机理。对比了普通碲镉汞nBn结构器件与经过优化具备俄歇抑制特点的NBv N结构器件的性能。总结了碲镉汞nBn型器件势垒层设计要素及器件价带带阶消除的方法。

分子束外延锗基碲镉汞薄膜原位砷掺杂研究

报道了基于Ge衬底分子束外延碲镉汞原位As掺杂材料的研究结果,进行了As掺杂碲镉汞薄膜生长的温度控制研究;分析了As束流对材料晶体质量的影响,结合SIMS测试技术得到了As杂质掺杂浓度与束源炉加热温度的关系;并利用傅里叶红外光谱仪、X射线双晶衍射、EPD检测等手段对晶体质量进行了分析表征,结果显示利用MBE方法可以生长出晶体质量良好、缺陷密度低的碲镉汞薄膜;进一步研究了As杂质的激活退火工艺及不同退火条件对材料电学参数的影响。

320×256锗基中波碲镉汞红外焦平面探测器研究

报道了分子束外延锗基中波碲镉汞薄膜材料以及320×256锗基中波碲镉汞红外焦平面探测器研究的初步结果。利用分子束外延技术基于3英寸锗衬底生长的中波碲镉汞薄膜材料,平均宏观缺陷密度低于200 cm-2,平均半峰宽优于90 arcsec,平均腐蚀坑密度低于2.9×106 cm-2;采用标准的二代平面工艺制备的320×256锗基中波碲镉汞红外焦平面探测器,平均峰值探测率达到3.8×1011cm·Hz1/2W-1,平均等效噪音温差优于17.3 mK,非均匀性优于6.5%,有效像元率高于99.7%。

异质外延碲镉汞薄膜的位错抑制技术

本文简述了MBE异质外延碲镉汞薄膜位错形成机理、位错在外延层中的演化过程以及位错抑制理论,总结了国内外CdTe缓冲层的位错抑制技术、HgCdTe薄膜的位错抑制技术,分析了热循环退火技术各个要素与位错密度变化之间的关系。

Ge(211)衬底上分子束外延CdTe薄膜

采用分子束外延在3英寸Ge(211)衬底上生长了10μm厚的CdTe(211)B薄膜。CdTe表面镜面光亮,3英寸范围厚度平均值9.72μm,偏差0.3μm;薄膜晶体质量通过X射线双晶迴摆曲线进行评价,FWHM平均值80.23 arcsec,偏差3.03 arcsec;EPD平均值为4.5×106 cm-2。通过研究CdTe薄膜厚度与FWHM和EPD的关系,得到CdTe的理想厚度为8～9μm。

基于双层模型外延HgCdTe薄膜的霍尔测试

采用Petritz双层薄膜结构模型,用化学腐蚀的方法分离MBE外延双色HgCdTe薄膜,测试并验证了双层模型对中短双色MBE外延HgCdTe薄膜中各层的霍尔参数计算的有效性,给出了测量不确定度评定以及相对误差。实验表明,MBE外延双层HgCdTe薄膜中的中波薄膜层电导率及霍尔系数的扩展不确定度范围分别为0.33～0.41W·cm和61～113cm3/C,置信概率为95%,与对比样品的中波膜层霍尔参数相比,载流子浓度及霍尔迁移率的相对误差分别小于20%和10%。

以色列SCD公司的Ⅲ-Ⅴ族红外探测器研究进展

Ⅲ-Ⅴ族半导体在第三代红外探测器中扮演了重要的角色,近年来越来越受到人们的瞩目,特别是InAs/GaSb二类超晶格已经成为除碲镉汞外最受关注的红外探测器材料。本文简要回顾了以色列SCD公司在Ⅲ-Ⅴ族红外探测器的研究历程。重点总结了SCD关于InAs SbnBn中波高温探测器和InAs/GaSb二类超晶格pBp长波探测器中的研发。

谷氨酸引起星形胶质细胞核形态改变

谷氨酸是中枢神经系统中最主要的兴奋性神经递质，参与脑细胞问兴奋性信息的传递。星形胶质细胞表面丰富的谷氨酸转运蛋白可以有效清除细胞外谷氨酸，以终结谷氨酸的信号传递作用，但谷氨酸摄取的潜在生物学功能尚不明确。本研究首次证明谷氨酸进入星形胶质细胞后，直接引起细胞核发生形态改变。细胞核形态改变是谷氨酸的特异反应，与细胞外谷氨酸浓度密切相关。细胞膜表面的谷氨酸转运蛋白直接参与细胞核形态调节，而与离子型、代谢型谷氨酸受体，细胞内钙离子浓度改变无关。我们进一步证实水通道蛋白-1（AQP1）分布于星形胶质细胞核膜表面，并直接参与了谷氨酸引起的核形态调节。本项目证明细胞外谷氨酸通过转运蛋白和AQP1直接调节星形胶质细胞核形态，提示神经元兴奋性调节细胞核形态功能的潜在机制。

二类超晶格红外焦平面探测器的研究进展

近几年,二类超晶格红外探测器在材料生长、器件结构设计、器件制备上经历了快速的发展,使得二类超晶格成为除碲镉汞外最受关注的红外探测器材料。本文简要介绍了二类超晶格的优势,总结了国际上二类超晶格红外探测器研究进展,回顾了二类超晶格红外探测器的技术发展历程,并分析了国内二类超晶格材料与器件中存在的技术问题。

分子束外延碲镉汞薄膜“燕尾”状缺陷

"燕尾"状缺陷是异质外延碲镉汞薄膜中一种形状、朝向统一的典型缺陷,本文对"燕尾"状缺陷的表面形貌、结构及形成机理进行了表征及研究。结果表明,在碲镉汞薄膜表面,"燕尾"状缺陷以两条凸起的"燕尾"边为特征形貌。在碲镉汞薄膜中,"燕尾"状缺陷为倒金字塔结构,由(111)、(111)、(111)、(111)四个底面与(211)表面围成。"燕尾"状缺陷为(552)A孪晶缺陷,(552)A孪晶与(211)A基体间不同的生长速率导致了缺陷的形成。碲镉汞晶体中12个滑移系统间不同的Schmid因子决定了(552)A孪晶成核生长于(111)和(111)面,也决定了"燕尾"状缺陷的表面形貌及结构。

RHEED优化MBE生长中波MCT薄膜工艺

在分子束外延(MBE)中波HgCdTe薄膜过程中,利用反射式高能电子衍射(RHEED)对衬底表面脱氧和生长过程中生长参数对材料特性的影响进行研究。通过观察RHEED图样的变化,确定了衬底的脱氧状况,获得了生长中衬底温度等生长参数变化引起材料结晶的变化规律,为MBE生长HgCdTe薄膜实验的可控生长提供有效帮助;生长结束后,通过SEM、Hall等手段对HgCdTe的表面缺陷、电学参数等性能进行了初步研究,证明实验说成长的材料基本满足器件制备的要求。

InAs/GaSbⅡ类超晶格材料界面特性的表征分析

本文系统地介绍了国内外研究机构对超晶格界面进行研究时采用的测试分析手段。其中,通过拉曼光谱、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、扫描隧道显微镜(STM)、二次离子质谱(SIMS)、X射线光电子能谱(XPS)等测试方法可以对InAs/GaSbⅡ类超晶格材料界面类型、界面粗糙度、陡峭性等特性进行测试分析,从而评估超晶格界面质量。光致发光谱(PL谱)、高分辨率X射线衍射(HRXRD)、霍尔测试、吸收光谱等测试方法则可以研究超晶格界面质量对超晶格材料能带、晶体质量、光学性质的影响。

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 5×10^(5)cm^(-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 5×10cm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。

MBE生长InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料的界面控制方法分析

本文系统地介绍了MBE外延生长In As/Ga SbⅡ类超晶格材料的界面控制方法,主要包括生长中断法、表面迁移增强法、V族元素浸润法和体材料生长法。短波(中波)In As/Ga Sb超晶格材料界面采用混合(mixed-like)界面,控制方法以生长中断法为主;长波(甚长波)超晶格材料界面采用InSb-like界面,控制方法采用表面迁移增强法(migration-enhancedepitaxy,MEE)或Sbsoak法及体材料生长相结合。讨论分析了InAs/GaSb超晶格材料界面类型选择的依据,简述了界面控制具体实施理论,以及相关研究机构对于不同红外探测波段的超晶格材料界面类型及控制方法的选择。通过界面结构外延生长工艺设计即在界面控制方法的基础上进行快门顺序实验设计,有效地提高界面层的应力补偿效果,这对于长波、甚长波及双色(甚至多色)超晶格材料的晶体质量优化和器件性能提升具有重要意义。

分子束外延生长Hg1-_xCd_xTe材料原位退火研究

对分子束外延(MBE)生长了Hg1-xCdxTe薄膜材料进行原位退火研究。显微镜观察可知,原位退火可以得到光滑的材料表面,并可以降低材料的腐蚀坑密度(EPD)。霍尔测试结果表明,通过调整退火温度和汞束流可以明显地改善Hg1-xCdxTe材料的电学性能。研究表明Hg1-xCdxTe材料的原位退火技术在改善材料的微观结构和电学性能方面有着重要的意义。