發(fā)布時間：2018-12-11 08:15

【摘要】：本論文圍繞Hg Cd Te環(huán)孔探測器的研制開展了研究工作:通過對刻蝕速率和刻蝕輪廓的研究,實現(xiàn)了環(huán)孔探測器的關(guān)鍵工藝-環(huán)孔通道的制備;通過離子束刻蝕碲鎘汞電學(xué)特性的研究,確定了環(huán)孔探測器中pn結(jié)的結(jié)構(gòu);研究了影響光敏面尺寸的關(guān)鍵因素,為器件的設(shè)計提供了參考;對環(huán)孔探測器進行了性能表征和分析,初步探索了環(huán)孔探測器在高溫和雪崩方面的性能。本論文的主要內(nèi)容包括:1.實現(xiàn)了Hg Cd Te環(huán)孔探測器的關(guān)鍵工藝。在刻蝕Hg Cd Te速率實驗中,束流密度和高離子束能量與刻蝕速率的關(guān)系符合Smoekh模型,即,并在離子束入射角度為20?時,獲得Hg Cd Te刻蝕速率的極大值;實驗發(fā)現(xiàn)刻蝕輪廓的側(cè)壁角度很大程度上依賴于掩膜的輪廓和掩膜的選擇比,環(huán)孔通道刻蝕需要選擇耐刻蝕的厚膠;在變角度刻蝕實驗中,發(fā)現(xiàn)30?角度下刻蝕可以有效地消除槽底開溝現(xiàn)象,有利于環(huán)孔通道的成功互連;對比了O+離子束和Ar+離子束對膠體和金屬的刻蝕速率,選擇了最佳的刻蝕方案;最后,通過I-V測試得到互連電阻為39?,實現(xiàn)了有效互連。2.研究了離子束刻蝕Hg Cd Te的電學(xué)特性。用遷移率譜分析了離子束刻蝕后的Hg1-xCdxTe(x=0.236),表明p型Hg Cd Te在刻蝕后形成n+n結(jié)構(gòu),即生成兩個不同電學(xué)特性的電子層:遷移率為1.5?104cm2/V?s的表面電子層和遷移率為1.0?105cm2/V?s的體電子層。對77K、150K和230K下遷移率譜的分析表明兩個電子層的遷移率隨溫度的變化是不同的:表面電子層的遷移率不隨溫度而變化,體電子層的遷移率隨溫度的升高而降低。通過對體電子高溫部分的曲線擬合,發(fā)現(xiàn)不同厚度下的遷移率與溫度的關(guān)系均符合2?T??的變化規(guī)律,說明體電子層是傳統(tǒng)的n型Hg Cd Te材料。剝層霍爾測試表明體電子層的載流子濃度和遷移率不隨厚度變化,說明體電子層的電學(xué)性質(zhì)均勻且濃度在6?1014cm-3左右。通過Petritz雙層模型計算出表面電子層的濃度在1?1016cm-3?1.3?1017cm-3范圍內(nèi),高于體電子層濃度2?3個數(shù)量級。3.研究影響光敏面尺寸的關(guān)鍵因素。利用LBIC測試研究了轉(zhuǎn)型后n區(qū)寬度與材料的Hg空位濃度和被刻蝕Hg Cd Te體積的關(guān)系,結(jié)果表明p型Hg Cd Te的Hg空位濃度和被刻蝕Hg Cd Te體積與n區(qū)寬度成線性變化關(guān)系。從不同的環(huán)孔(?50?m、?20?m和?15?m)對應(yīng)的n區(qū)寬度來看,n區(qū)寬度隨Hg空位濃度的變化趨勢是基本一致,均隨Hg空位濃度的增加而線性減小。在相同濃度下,n區(qū)寬度隨著被刻蝕Hg Cd Te體積的增加呈線性增加。在提取少子擴散長度實驗中,對比了擬合結(jié)果和公式計算結(jié)果,發(fā)現(xiàn)根據(jù)材料參數(shù)測試中的數(shù)據(jù)計算出來的少子擴散長度要比擬合結(jié)果低一個量級,說明受工藝、測試等許多不確定因素影響,很難提前對少子擴散長度作出準(zhǔn)確的判斷。在n區(qū)少子擴散長度提取中,結(jié)合實驗測試結(jié)果,說明了不同情況下光敏面的確定方式。最后通過分析LBIC測試結(jié)果,給出了光敏面的計算方法。4.研究Hg Cd Te環(huán)孔探測器的性能。器件光譜中采用干涉條紋推算的厚度和臺階儀測試的厚度是十分接近的,推測器件中存在著反射光的干涉現(xiàn)象,對器件光譜中的多峰現(xiàn)象作出了解釋;分析了串聯(lián)電阻和溫度對I-V特性曲線的影響:串聯(lián)電阻會增加器件的零偏電阻,對器件的開啟電壓影響不大,但會損耗光電流;正向開啟電壓會隨溫度的升高而降低,且I-V特性曲線在反向偏壓下隨溫度的變化是不同的,主要是由于暗電流的主導(dǎo)機制不同。通過響應(yīng)率和噪聲測試,得到環(huán)孔探測器性能在1?1011cm HZ1/2W-1左右,最好的器件性能為:4.6?m@85K,峰值探測率為1.83?1011cm HZ1/2W-1,接近平面結(jié)性能。在暗電流研究中,通過數(shù)值計算,研究了器件在不同偏壓下的主要暗電流機制,發(fā)現(xiàn)表面漏電流在工作點附近占暗電流的80%,是制約環(huán)孔探測器性能的主要因素。對環(huán)孔探測器進行高溫測試,器件的信號從90K到230K變化不大,僅衰減了30%,明顯地優(yōu)于平面結(jié)器件的信號變化。另外,通過高溫性能的比較,發(fā)現(xiàn)環(huán)孔探測器在230K的性能比LPE制備的平面結(jié)器件性能高出2倍,分析了環(huán)孔探測器在高溫工作上的優(yōu)勢。在雪崩性能測試中,環(huán)孔探測器在線性模式下獲得最大增益為?2100@-10.6V,截止波長4.8?m@85K,但同時發(fā)現(xiàn)暗電流也在倍增。
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【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN215

【參考文獻(xiàn)】

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1 胡茂海;激光共聚焦掃描顯微成像系統(tǒng)及其信息分析的研究[D];南京理工大學(xué);2002年

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本文編號：2372210