一种金掺杂液相外延碲镉汞材料电学性能稳定性控制方法技术

本发明专利技术提供了一种金掺杂碲镉汞外延材料电学性能稳定性控制方法。本发明专利技术针对金掺杂液相外延碲镉汞材料热处理时金掺杂原子向碲锌镉晶体中扩散导致金掺杂碲镉汞外延材料电学参数不受控的问题，其方法包括：在金掺杂碲镉汞材料液相外延生长前，对碲锌镉衬底进行镉饱和退火，消除碲锌镉衬底中的镉空位，控制碲镉汞热处理时金掺杂原子向碲锌镉衬底中的扩散富集。本方法达到了消除碲锌镉晶体中的镉空位的效果，从而控制金掺杂碲镉汞薄膜热处理时金掺杂原子向碲锌镉晶体的扩散，提高了液相外延金掺杂碲镉汞薄膜电学性能稳定性及重复性控制。制。制。

【技术实现步骤摘要】
一种金掺杂液相外延碲镉汞材料电学性能稳定性控制方法


[0001]本专利技术属于光电探测领域，具体涉及一种金掺杂液相外延碲镉汞材料电学性能稳定性控制方法。

技术介绍

[0002]碲镉汞红外焦平面探测器是光电系统中需求最为迫切、应用最为广泛的关键核心器件，在精确制导、反导预警、对地观测、深空探测等领域有着广泛的应用需求。随着红外焦平面探测器向高分辨率、高灵敏度、高工作温度等方向的发展，对器件性能提出了较高的要求，尤其是在器件的暗电流控制方面，提出了更高的要求。
[0003]HgCdTe材料作为应用最广泛的光电半导体材料，其导电类型包括N型和P型。P型HgCdTe材料有两种实现方法，一是利用材料中受主性质的汞空位实现P型导电；二是采用掺杂技术形成受主，P型掺杂元素主要有As、Au、Cu、Ag等。
[0004]然而研究发现Ag、Cu掺杂原子的扩散系数高、稳定性差，应用研究较少。相较于Ag、Cu掺杂原子来说，Au原子稳定性较好，是目前n-on-p型器件P型吸收层的重要掺杂原子，Au掺杂主要应用于高性能n-on-p型器件的P型吸收层材料的制备，可提高P型碲镉汞材料少子寿命、降低暗电流、提高品质因子R0A值，是提升n-on-p型器件整体性能最有效的途径。
[0005]金掺杂原子在碲镉汞材料中是一种快扩散原子，在碲镉汞薄膜外延生长及后续热处理过程中很容易向界面、表面和缺陷处扩散富集。金掺杂碲镉汞外延薄膜的生长大都采用晶格较匹配的碲锌镉衬底，碲锌镉晶体高温生长时镉压较高，在晶体生过程中很难精确控制镉压，导致碲锌镉晶体中存在大量的镉空位。在存在大量镉空位的衬底上液相外延生长金掺杂碲镉汞材料时，热处理过程中碲镉汞材料中的金掺杂原子将会向衬底缺陷处，也就是镉空位处扩散富集，碲镉汞薄膜中的金掺杂原子浓度稳定性控制变差，从而导致金掺杂材料电学性能稳定性不受控，从而影响工艺稳定性。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术碲锌镉晶体中镉空位导致金掺杂液相外延碲镉汞薄膜热处理时金原子向碲锌镉衬底镉空位处扩散富集，导致金掺杂液相外延碲镉汞材料电学性能稳定性不受控的问题，本专利技术提供了一种解决金掺杂液相外延碲镉汞外延材料电学性能稳定性控制的方法。
[0007]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种金掺杂液相外延碲镉汞材料电学性能稳定性控制方法，包括：碲锌镉衬底镉饱和退火消除碲锌镉衬底中的镉空位，控制碲镉汞热处理时金掺杂原子向碲锌镉衬底中的扩散富集；碲锌镉衬底表面处理；金掺杂碲镉汞液相外延材料生长；金掺杂碲镉汞液相外延薄膜生长后，在汞饱和条件下进行退火；退火后进行电学性能测试，主要包括导电类型、载流子浓度的测试；金掺杂碲镉汞材料中掺杂原子浓度分布测试。
[0009]上述方法中，所述碲锌镉衬底镉饱和退火是指将碲锌镉衬底放置于密闭石英管
中，同时放置单质镉，在500℃～600℃条件下进行退火，退火时间48h以上，该过程是本专利技术的关键，本专利技术将碲锌镉衬底在镉饱和氛围下退火后，衬底中镉空位可完全消除。
[0010]上述方法中，所述碲锌镉衬底表面处理是指将镉饱和退火后的衬底利用机械磨抛以及化学腐蚀的作用对衬底表面进行磨抛及机化抛，去除碲锌镉衬底表面的切割损伤，得到无损、高平整度碲锌镉衬底。
[0011]上述方法中，所述金掺杂碲镉汞液相外延材料生长是指在已完成镉饱和退火及表面处理的衬底上液相外延生长厚度8～12μm金掺杂碲镉汞薄膜材料。
[0012]上述方法中，所述金掺杂碲镉汞薄膜在汞饱和条件下进行退火，生长结束后碲镉汞薄膜中存在大量汞空位，浓度约1-5
×
10
17
cm-3
，需在汞饱和条件下退火填充薄膜中的汞空位，使薄膜中的导电类型由掺杂原子主导。
[0013]上述方法中，所述电学性能测试，利用霍尔效应对碲镉汞外延薄膜电学参数进行评估，主要包括碲镉汞材料导电类型、载流子浓度的测试。
[0014]上述方法中，所述掺杂原子浓度分布测试是指利用二次离子质谱仪(SIMS)测试金掺杂碲镉汞薄膜中金掺杂原子沿薄膜深度的浓度分布，以评估掺杂原子的浓度分布。
[0015]上述方法中，所述金掺杂液相外延碲镉汞薄膜生长结束后，薄膜中存在大量汞空位，薄膜呈现P型导电，载流子浓度1-5
×
10
17
cm-3
，二次离子质谱仪掺杂浓度测试发现金掺杂液相外延碲镉汞薄膜中金原子浓度为5-8
×
10
16
cm-3
。
[0016]上述方法中，所述金掺杂碲镉汞液相外延材料电学性能稳定控制，主要是指金掺杂碲镉汞在汞饱和条件下退火后材料的导电类型及载流子浓度，在不采用镉饱和退火的碲锌镉衬底上进行金掺杂碲镉汞材料生长，生长结束后汞饱和退火，此时碲镉汞薄膜导电类型为P型，载流子浓度1-5
×
10
15
cm-3
，其中金掺杂原子在碲镉汞材料中的浓度0.5-5
×
10
15
cm-3
，大部分近掺杂原子向碲锌镉衬底扩散富集，且扩散富集程度不可控，导致金掺杂碲镉汞薄膜电学性能不受控；而采用镉饱和退火后的衬底进行金掺杂碲镉汞材料生长，生长结束汞饱和退火后，碲镉汞薄膜导电类型为P型，载流子浓度1-5
×
10
16
cm-3
，金掺杂原子浓度为1-5
×
10
16
cm-3
，金原子除了向表面扩散外，没有向碲锌镉衬底扩散，提高了金掺杂碲镉汞材料电学性能稳定性控制。
[0017]本专利技术有益效果如下：
[0018]本专利技术从碲锌镉衬底镉空位控制出发，通过对碲锌镉衬底进行镉饱和退火，达到了消除碲锌镉晶体中的镉空位的效果，从而控制Au掺杂碲镉汞薄膜热处理时金掺杂原子向碲锌镉晶体的扩散，提高了Au掺杂碲镉汞薄膜电学性能稳定性及重复性控制。
附图说明
[0019]图1为包含了本专利技术的控制方法的流程图。
[0020]图2为本专利技术碲锌镉衬底镉饱和退火结构示意图。
[0021]图2中，1-镉补充源、2-碲锌镉衬底、3-密封石英管。
[0022]图3为本专利技术金掺杂碲镉汞液相外延薄膜结构示意图。
[0023]图3中，1-碲锌镉衬底、2-金掺杂碲镉汞液相外延薄膜。
[0024]图4为本专利技术碲锌镉衬底镉饱和处理与衬底不退火处理对金掺杂碲镉汞薄膜热处理后金掺杂原子分布影响对比图；
[0025]图4中，曲线1为碲锌镉衬底经镉饱和处理后用于金掺杂碲镉汞液相外延材料生长，生长结束退火后材料中的金原子浓度沿材料深度分布曲线，曲线2为碲锌镉衬底未经镉饱和退火直接用于金掺杂碲镉汞外延材料生长，生长结束退火后材料中金原子浓度沿材料深度分布曲线。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金掺杂碲镉汞外延材料电学性能稳定性控制方法，其特征在于：在金掺杂碲镉汞材料液相外延生长前，对碲锌镉衬底进行镉饱和退火，消除碲锌镉衬底中的镉空位，控制碲镉汞热处理时金掺杂原子向碲锌镉衬底中的扩散富集。2.根据权利要求1所述的性控制方法，其特征在于，所述对碲锌镉衬底进行镉饱和退火包括：在进行碲锌镉晶体表面磨抛处理前，将碲锌镉晶体放置于真空石英管中，以镉作为补充源，补充源温度略低于碲锌...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔金丞，宋林伟，吴军，李东升，黄元晋，王文金，王志斌，陈姗，黄蓓，陶丽明，姬荣斌，
申请(专利权)人：昆明物理研究所，
类型：发明
国别省市：