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。

碲镉汞材料中Hg空位、Au、As掺杂的研究进展

碲镉汞材料是制造红外探测器的基础,高性能红外探测器对碲镉汞材料的要求越来越高。为了提升器件性能,必须提高碲镉汞材料的电学性能。而掺杂是一个很好的选择。碲镉汞材料掺杂可以分为n型和p型两种。对于n型掺杂来说,In是一种理想的掺杂剂,其掺杂研究目前已比较成熟。相对而言,p型掺杂研究还不是那么深入。Hg空位、Au、As掺杂均为碲镉汞材料中常见的p型掺杂手段。通过分析和总结近些年的部分相关文献,介绍了碲镉汞材料中Hg空位、Au、As掺杂的研究进展。

MBE生长的PIN结构碲镉汞红外雪崩光电二极管

对中波红外碲镉汞雪崩光电二极管(APD)特性进行理论计算,获得材料的能量散射因子及电离阈值能级与材料特性的相互关系,从而计算器件的理论雪崩增益与击穿电压.通过对材料特性(组分,外延厚度,掺杂浓度等)的优化,设计并生长了适合制备PIN结构红外雪崩光电二极管的碲镉汞材料,并进行了器件验证.结果显示,在10 V反偏电压下,该器件电流增益可达335.

不同靶间距下非晶态碲镉汞薄膜生长及厚度均匀性研究

采用射频磁控溅射法在不同靶间距下生长非晶态碲镉汞薄膜并研究其生长速率、择优取向及厚度均匀性。实验结果表明随着靶间距减小及溅射功率增加生长速率增大;不同靶间距下Hg1-xCdxTe薄膜结晶特性差距较大,择优取向为(111)方向;增大靶间距能够有效地提高薄膜厚度均匀性,75 mm靶间距时,50 mm×60 mm及10 mm×10 mm范围内厚度均匀性分别优于7%和1%。

碲镉汞光伏探测器的变面积表面钝化研究

利用同一片碲镉汞材料制备了由单层ZnS和双层CdTe/ZnS作钝化膜的变面积光伏探测器,对两种钝化膜结构的变面积器件进行了对比研究.通过分析两种器件的电流-电压(I-V)特性曲线以及零偏电阻-面积乘积(R0A)与周长-面积比(p/A)的关系曲线,发现ZnS钝化的器件具有较大的表面漏电流;通过分析两种器件的电流噪声与暗电流的关系,发现ZnS钝化的器件的噪声特性较接近散粒噪声,CdTe/ZnS双层钝化的器件则表现出较好的基本1/f噪声特性,使得器件噪声要小于单层ZnS钝化的器件.

用拉曼散射分析碲镉汞中的缺陷

本文分析了碲镉汞 (HgCdTe或MCT)中Te沉淀相、Hg空位的拉曼散射峰 ,以及碲镉汞表面完整性与它的二级拉曼散射峰的关系。MCT中的Te沉淀相的拉曼峰位于 12 5和 145cm-1处 ,此峰与标准的Te三角晶系的拉曼峰相比 ,往高能方向移动了 2cm-1,这表明Te沉淀相受到了压应力的作用。MCT中位于 10 8cm-1处微弱的拉曼峰来源于Hg空位 ,此峰只在p型和包含有反型层的MCT中出现 ,在n型的MCT中几乎不出现。MCT的拉曼二极散射峰对其表面完整性非常敏感 ,表面完整性好的拉曼峰很明显 ,而表面完整性较差的峰则不太明显 ,此峰的 2LO (T)模的强度测量对晶体制备过程中的表面分析也可提供有用的信息。

碲镉汞(MCT)富汞液相外延技术综述

富汞LPE是唯一能以生长方式实现As掺杂并直接激活成受主的外延技术,可在富Te水平外延生长的外延薄膜之上生长出高组分厚度为1um-3um的p型覆盖层(Cap层)形成p-on-n型组分梯度异质结构碲镉汞材料,实现碲镉汞p-on-n型组分梯度异质结构的优化设计生长。从而优化碲镉汞探测器的性能,提高碲镉汞焦平面探测器的工作温度,降低组件的体积、重量和功耗,提高可靠性,为高性能红外热像仪的应用创造更多的领域。

采用ZnCdTe衬底的MBE Hg_(1-x)Cd_xTe位错密度研究

报道了用MBE的方法 ,在ZnCdTe衬底上制备Hg1-xCdxTe薄膜的位错密度的研究结果 .研究发现Hg1-xCdxTe材料的位错密度与ZnCdTe衬底的表面晶体损伤、Hg1-xCdxTe生长条件以及材料组分密切相关 .通过衬底制备以及生长条件的优化 ,在ZnCdTe衬底上生长的长波Hg1-xCdxTe材料EPD平均值达到 4.2× 10 5cm-2 ,标准差为 3.5× 10 5cm-2 ,接近ZnCdTe衬底的位错极限 .可重复性良好 ,材料位错合格率为 73.7% 。

MOCVD外延Hg_(1-x)Cd_xTe/Cd_(1-y)Zn_yTe薄膜的光致发光

利用Raman显微镜系统对两块用MOCVD方法在Cd0 96Zn0 0 4 Te衬底上生长的Hg0 8Cd0 2 Te外延薄膜样品在光谱范围 5 0～ 5 0 0 0cm-1进行了测量 ,在其中的一块样品上首次发现了 1 4 3eV至 1 93eV范围内出现的具有周期结构的光致发光峰 ,该发光峰对应的能带中心位于Hg0 8Cd0 2 Te外延层导带底上方 1 73eV ,在另外一块外延薄膜样品中仅观察到四个Raman散射峰 ,没有周期结构的发光峰。为了分析上述光致发光的起因 ,对两块样品进行了X射线的双晶回摆曲线样品结构分析 ,得出样品在 1 4 3eV至 1 93eV范围的光致发光峰是由于改进MOCVD生长工艺提高了样品的结构质量所致 ,通过分析指出该光致发光峰是来源于Hg0 8Cd0 2 Te外延层中的阴性离子空位的共振能级。

Hg_(1-x)Cd_xTe材料中的Te离子空位共振能级

利用拉曼显微镜在室温下对金属有机化合物气相外延 (MOVPE)和液相外延 (LPE)方法生长的Hg1-xCdxTe薄膜材料以及用加速坩埚旋转布里奇曼 (ACRT Bridgman)和Te溶剂方法生长的Hg1-xCdxTe体材料进行了系统研究 .在上述 4种方法生长的材料的显微拉曼光谱中 ,均发现在导带底上方且远高于材料导带底对应能级的显微荧光发光峰 .通过详细比较可以判定 ,高于导带底约 1.5eV的显微荧光起源于Hg1-xCdxTe材料中的Te离子空位与材料导带底的共振能级发光 ,从而确定在碲镉汞材料中存在一个稳定的Te离子空位共振能级 .

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。

碲镉汞材料中Hg空位缺陷的第一性原理研究

利用基于第一性原理的全电子势线性缀加平面波方法计算了在碲镉汞材料中Hg空位所引起的晶格弛豫以及空位对周围原子成键机制的影响 .通过成键过程中电荷密度的变化以及电荷转移的讨论 ,论述了碲镉汞材料Hg空位引起的弛豫以及这种弛豫产生的主要原因 .通过态密度的计算和分析 ,发现Hg空位的形成将导致第一近邻阴离子Te的 5s态能量向高能端移动了 0 5 5eV ,并借助Te 5s态电荷密度与成键电荷密度的计算结果 ,分析了引起该能态能量平移的主要原因 .通过带边态密度变化以及Kohn Sham(KS)单电子能级的计算和分析 ,得出了Hg空位使碲镉汞材料的光跃迁能量变小响应波长变长 ,等效于材料带隙变小的结论 .通过KS电子能级的计算分析得到了Hg空位缺陷引起的双受主能级随不同电离态的变化趋势 .

不同钝化层结构对HgCdTe热退火Hg空位调控影响

对不同钝化层结构的分子束外延(MBE)生长的HgCdTe外延材料的Hg空位浓度控制进行研究。获得了更高Hg空位浓度调控范围的外延材料,为后续新型焦平面器件的研发提供基础。研究发现,在热退火过程中,HgCdTe外延材料的Hg空位浓度的变化随着钝化层结构的不同而发生改变。且这种改变是因为HgCdTe表层的钝化层的存在改变了原始热退火的平衡态过程。同时,通过二次离子质谱(SIMS)测试以及相应的理论拟合进行了验证。

Hg_(0.8)Cd_(0.2)Te晶体低温热处理时的热力学平衡常数

在研究低温热处理对HgCdTe电学性质的影响时,在只考虑Hg间隙、Hg空位影响的情况下,通过对大量的、可靠的Hg_(0.8)Cd_(0.2)Te晶体低温热处理结果进行分析,确定了热力学平衡常数关系式中的常数,从而获得热力学平衡常数与温度的明确解析表达式。实验结果与所得表达式的计算结果能够很好地相符。

FEL诱导半导体材料非线性光吸收

应用北京自由电子激光 (BFEL)对典型的红外光电子材料Hg1 -xCdxTe,InSb和InAs进行了非线性光吸收研究 .利用FEL的高光子密度和皮秒量级的短脉冲宽度特性 ,研究了双光子吸收 (TPA)以及光生载流子吸收 (FCA)共同作用机理 ,从实验上直接证实了在强入射能量下 ,FCA是不可忽略的光吸收过程 。