Pt/HgInTe肖特基红外探测器的抗辐照特性

碲铟汞Hg3In2Te6是(In2Te3)x-(Hg3Te3)1-x(x=0.5)的化合物,被称为缺陷相化合物。为了研究γ辐照对碲铟汞肖特基红外探测器的影响,首先运用直流平面磁控溅射技术在单晶HgInTe表面形成了Pt/Hg3In2Te6接触,然后对HgInTe晶片及其制作的Pt/HgInTe肖特基器件用不同剂量的γ射线进行辐照,利用I-V测试仪对其辐照前后的I-V特性进行测量,得到了辐照前后的反向漏电流,利用傅里叶红外光谱仪对辐照前后的响应光谱进行了对比,发现在短波方向响应光谱随辐照剂量的增大明显下降,但辐照剂量对于峰值波长的位置和截止波长的位置基本上没有明显影响,同时对辐照前后器件的探测率进行了对比,发现探测率随着辐照剂量的增大有所下降,但下降幅度和器件本身性能有关。最后对γ辐照引起探测器性能变化的辐照损伤机制进行了探讨,认为HgInTe在辐照剂量达到1×108rad(Si)时,其性能也没有数量级的变化,具有很好的抗辐照特性。

Pt/Hg_3In_2Te_6接触的温度特性研究

运用直流平面磁控溅射技术在Hg3In2Te6单晶表面制备Pt金属电极，形成Pt／Hg3In2Te6接触，采用I-V测试仪在120260K温度范围内对其I-V特性进行测量。根据热电子发射模型，计算得到了Pt／Hg3In2Te6的肖特基势垒高度。结果表明：Pt／Hg3In2Te6形成具有整流特性的肖特基接触，肖特基势垒高度为0，46eV。在120—260K温度范围内，理想因子随温度增大逐渐从2．93减小至1．42。将Hg3In2Te6单晶制成红外探测器，发现了响应光谱在波长1．55μm处峰值达到最大，在室温下峰值探测率D＋达到了10^11cm·Hz^1/2·W-1。

Hg_3In_2Te_6晶体欧姆接触及电学特性

碲铟汞Hg3In2Te6是(In2Te3)x-(Hg3Te3)1-x(x=0.5)的化合物,被称为缺陷相化合物。为了研究In/HgInTe欧姆接触特性,首先运用热电子蒸发技术在单晶Hg3In2Te6表面形成了In/Hg3In2Te6接触,运用传输线模型(TLC)对In/Hg3In2Te6欧姆接触特性进行了分析,结果表明:In/Hg3In2Te6形成了欧姆接触,接触电阻率为6.71×10-2Ω·cm2,粘附性好,电极质量理想,满足于欧姆电极性质的要求。并在此基础上对Hg3In2Te6材料的电学性能运用范德堡方法进行了测试,测试结果表明:Hg3In2Te6单晶在室温下的导电类型为n型,电阻率为6.16×102Ω·cm,载流子浓度为2.888×1013cm-3,载流子迁移率为350cm2/(V·s)。实验表明:该样品载流子浓度降低后,漏电流减小,探测器的噪声降低,从而探测器的能量分辨率得到了提高。

大直径Hg_3In_2Te_6晶体生长与性能表征

采用垂直布里奇曼法,成功生长出大直径Hg3In2Te6(Φ=30mm)晶体。通过傅立叶红外透射光谱测试了晶锭不同部位的红外透过率,并利用X射线双晶摇摆曲线表征了晶体的结晶质量。结果表明,定向切割晶片为(111)面单晶,衍射峰位于θ=12.1665°处,半峰宽为0.0760°;中部单晶片红外透过率平均值为50%,接近Hg3In2Te6晶体的红外透过率最大值57%。位错和成分非均匀性是造成晶锭不同部位红外透过率差异的主要因素。

碲铟汞晶体的透射电子显微分析

采用垂直布里奇曼法,生长出直径为30mm的Hg3In2Te6晶体。通过透射电子显微镜观察Hg3In2Te6晶体和第二相粒子的形貌,并利用选区电子衍射技术分析其物相。结果表明:晶锭基体的物相为Hg0.5In0.33Te;同时观察到了HgTe、In2Te3等第二相,尺寸为10～40nm。推测晶体发生分解是形成第二相的原因。

新型Hg_3In_2Te_6芯片引线的键合机制

Hg3In2Te6(MIT)晶体是一种新型的短波红外光电探测材料,采用热压超声球焊的方法实现MIT红外探测器与外电路的引线连接,探讨MIT复合电极厚度及结构对键合率的影响规律,研究超声功率和键合压力对第一焊点的外观形貌和键合强度的影响机理。结果表明:在化学抛光后的MIT晶片表面蒸镀0.2μm In、1.0μm Au制备In/Au复合电极时,键合率显著提高,达到100%;MIT与In/Au复合电极间存在一定的互扩散,促进了键合过程的形成;超声功率与键合压力对焊点形貌和键合强度影响最大,当超声功率为0.45~0.55 W、键合压力为0.5~0.6 N时,焊球与引线的直径比约为3.5,焊点变形适中,有效键合面积较大,90%以上的断裂发生在引线位置,表明此种工艺参数下形成的键合强度高、可靠性好。

Cu/Hg_3In_2Te_6欧姆接触形成机制的研究

采用电流-电压特性测试和X射线光电子能谱测试对Cu/Hg3In2Te6接触特性及其形成机制进行了研究。研究发现,当所加电压不超过10 V时,Cu/Hg3In2Te6接触的电流-电压特性曲线均呈现出良好的线性关系,表现为欧姆接触特性。经拟合,在1 V、3 V、5 V和10 V电压下的Cu/Hg3In2Te6接触的欧姆特性系数分别为0.99995、0.99981、0.99968和0.99950。当电压增加至12 V及以上时,由于Cu/Hg3In2Te6接触势垒被击穿,导致Cu/Hg3In2Te6欧姆接触被破坏。通过X射线光电子能谱深度剖析,发现界面处的元素存在显著的扩散现象,因而导致界面元素的化学环境发生改变,引起了界面上各元素的结合能发生偏移,其中Cu 2p结合能向高能方向偏移0.15 eV,而Te3d结合能向低能方向偏移0.15 eV。研究表明界面元素互扩散是促进Cu/Hg3In2Te6欧姆接触形成的主要原因。

ZnO过渡层对Au/Hg_3In_2Te_6肖特基接触特性的影响研究

利用脉冲激光沉积技术在Hg3In2Te6晶体表面制备ZnO过渡层,并对ZnO过渡层进行了表征。结合X射线光电子能谱深度剖析对ZnO/Hg3In2Te6界面元素的化合态进行研究,并通过半导体参数分析仪对Au/ZnO/Hg3In2Te6肖特基接触电学特性进行测试。研究结果表明,采用本实验条件可在Hg3In2Te6晶体表面获得结晶度高、表面粗糙度低,且沿(002)晶面择优生长的ZnO过渡层。同时,ZnO过渡层的引入使Au/Hg3In2Te6肖特基接触的漏电流降低一个数量级,势垒高度提高6.5%。这种现象可能是由于ZnO/Hg3In2Te6界面存在的互扩散使O原子占据了Hg原子空位,从而降低耗尽层中能级缺陷而引起。

化学抛光对Au/Hg_3In_2Te_6接触特性的影响

采用真空蒸镀法在n型Hg3In2Te6(简称MIT)表面制备了Au和In金属电极,探讨了MIT晶片的化学抛光工艺对其表面成分偏析和Au/MIT接触特性的影响规律与机制,优化了MIT晶体的化学抛光工艺参数。结果表明,MIT晶片采用5%Br2-C3H7ON溶液化学抛光2 min后,MIT晶片表面元素组分更接近标准计量比,所制备出的Au/MIT接触的反向漏电流最小。

碲铟汞(111)晶面腐蚀坑的研究

通过扫描电镜、扫描探针显微镜和电子背散射衍射仪对改进的Chen法腐蚀液在Hg3In2Te6(111)晶片上形成的腐蚀坑进行了研究。实验发现,腐蚀坑形貌主要有线形、梭形、枣形3种,且后两者的沟槽在(111)面的投影只有3种取向,并互成120°夹角。进一步分析的结果表明,上述蚀坑的形成可由螺位错双交滑移的模型加以解释。