【摘要】：碲鎘汞(HgCdTe)雪崩焦平面器件具有第三代紅外焦平面探測(cè)器所要求的多功能、主動(dòng)/被動(dòng)雙模式和高靈敏度等的特性,在低光通量探測(cè)、超光譜、主被動(dòng)復(fù)合成像、自由空間通訊等方面已經(jīng)顯現(xiàn)出強(qiáng)大的應(yīng)用潛力。本文基于碲鎘汞液相外延材料,采用刻蝕成結(jié)工藝,圍繞PIN型APD器件制備和結(jié)特性評(píng)價(jià)方法、以及過剩噪聲因子測(cè)試與評(píng)價(jià)等幾個(gè)方面開展了一系列的研究工作。主要研究?jī)?nèi)容如下:1.離子束刻蝕速率的研究。CdTe在加速電壓100V,束壓/束流200V/250mA的刻蝕條件下的刻蝕速率為0.98nm/s;ZnS在加速電壓50V,束壓100V,束流125mA的刻蝕條件下刻蝕速率為0.07nm/s。由于設(shè)備在實(shí)際使用中的參數(shù)調(diào)節(jié)與理論模型的參數(shù)存在差異,導(dǎo)致Smoekh的經(jīng)典刻蝕速率理論模型并不能很好地模擬實(shí)際的介質(zhì)膜刻蝕速率,因此研究提出了ZnS在加速電壓100V~220V,束壓束流100V/125mA~200V/250mA范圍內(nèi)的刻蝕速率經(jīng)驗(yàn)公式:ER=0.00014(0.014V_加-0.399)(0.024V_束-1.407)。上述研究發(fā)現(xiàn),在離子束刻蝕成結(jié)工藝中為精確控制HgCdTe的反型深度應(yīng)降低刻蝕速率,因此介質(zhì)膜的生長(zhǎng)厚度批次一致性是刻蝕成結(jié)工藝重復(fù)性的關(guān)鍵。2.離子束刻蝕形成反型層厚度、濃度及橫向擴(kuò)展的研究。通過剝層霍爾測(cè)試研究了不同刻蝕條件下形成的反型層深度和濃度分布,確定了加速電壓50V,束壓/束流100V/125mA的離子束刻蝕條件。Hg空位濃度1.3×10~(16)cm~(-3)的P型材料在這種刻蝕條件下N型反型層總厚度大約5μm,其中表面1μm內(nèi)載流子濃度為10~(16)cm~(-3)量級(jí),下方有大約4μm的載流子濃度為10~(15)cm~(-3)量級(jí)。LBIC測(cè)試結(jié)果表明刻蝕反型層的橫向擴(kuò)展還與刻蝕區(qū)大小相關(guān),刻蝕區(qū)面積越大其橫向擴(kuò)展也越多。3.建立了HgCdTe中的多層載流子模型。用于分析剝層霍爾測(cè)試結(jié)果中不同深度處的載流子濃度、遷移率等電學(xué)參數(shù)。4.碲鎘汞雪崩光電二極管(APD)器件的制備和性能測(cè)試。本文利用離子束刻蝕工藝成功制備出平面PIN型HgCdTe APD器件,研究結(jié)果表明器件增益與截止波長(zhǎng)、N~-區(qū)厚度密切相關(guān),截止波長(zhǎng)4.8μm的中波器件在17.5V反偏電壓下增益可達(dá)1200,APD器件過剩噪聲因子與反向電壓正相關(guān)。本文還制備了國(guó)內(nèi)首個(gè)HgCdTe APD焦平面器件,截止波長(zhǎng)3.56μm,面陣規(guī)模為16×16,焦平面器件在0~6V反向偏壓下有效像元率大于90%,非均勻性小于20%,6V反偏下NEPh約為60,過剩噪聲因子為1.2,10V下器件量子效率91.75%。5.搭建了低頻噪聲測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試系統(tǒng)的背景噪聲水平約2×10~(-28) A~2/Hz,低于目前實(shí)驗(yàn)室器件噪聲水平,可用于對(duì)現(xiàn)有器件噪聲水平進(jìn)行表征。研究了常規(guī)HgCdTe器件和HgCdTe APD器件的低頻噪聲成分,其中常規(guī)器件在小反向偏壓下表現(xiàn)出1/f噪聲、產(chǎn)生-復(fù)合噪聲、白噪聲三段經(jīng)典光伏器件噪聲譜特征,隨著反偏電壓的增大,1/f噪聲逐漸增加,表明表面漏電逐漸變大;HgCdTe APD器件的噪聲水平明顯大于普通器件,噪聲成分也是以1/f噪聲為主。噪聲測(cè)試結(jié)果表明表面漏電是制約目前器件性能的重要原因。6.嘗試將一些其他的結(jié)構(gòu)工藝引入目前的HgCdTe APD器件制備工藝當(dāng)中。制備了截止波長(zhǎng)4.4μm的臺(tái)面器件,7.5V下最大增益可達(dá)80。研究了CdTe作為注入阻擋層的結(jié)區(qū)的性質(zhì),提出了B~+分布的經(jīng)驗(yàn)公式:研究了退火對(duì)離子注入結(jié)深的影響,采用能量150keV,劑量1×10~(14)cm~(-2)注入條件形成的PN結(jié)深1.36μm~1.65μm,退火后結(jié)深2.41μm~2.82μm。增大注入劑量至1×10~(15)cm~(-2)后結(jié)區(qū)性質(zhì)并沒有出現(xiàn)明顯的變化,說明1×10~(14)cm~(-2)的注入劑量下載流子濃度已經(jīng)飽和。
【圖文】：

gCdTe APD）以其高增益、高靈敏度、高速探測(cè)]，是第三代紅外光電探測(cè)器的重要發(fā)展方向之一顧了 HgCdTe 紅外探測(cè)器的發(fā)展歷程，然后介紹，并分析了 HgCdTe 紅外探測(cè)器的噪聲成分，最進(jìn)行了說明。外探測(cè)器gCdTe）材料是由負(fù)禁帶寬度的碲化汞（HgTe,Eg=碲化鎘（CdTe,Eg=1.6eV,T=77K）混合而成的贗)x，即 Hg1-xCdxTe。碲鎘汞材料的禁帶寬度可隨 CeV 間連續(xù)可調(diào)（圖 1.1），從而覆蓋整個(gè)紅外波段，我國(guó)湯定元院士在 1967 年開始倡導(dǎo)了對(duì) HgC

圖 1.3 雪崩倍增過程示意圖[8]Figure 1.3 Schematic diagram of the avalanche multiplication process雪崩光電二極管中，碰撞離化系數(shù)是一個(gè)特別重要的參數(shù)，人們?cè)趩挝痪嚯x內(nèi)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)為這種載流子的離化系數(shù)，它增益因子、工作帶寬和過剩噪聲的大小。通常情況下，電子的離的離化系數(shù) β 是不同的，定義離化系數(shù)比 k=β α。1993 年，G.L究了 HgCdTe 材料中載流子的離化系數(shù)比 k 和 Cd 組分 x 之間的所示。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN364.2

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 高達(dá);王經(jīng)緯;王叢;李震;吳亮亮;劉銘;;分子束外延硅基碲鎘汞材料技術(shù)研究現(xiàn)狀[J];紅外;2019年08期

2 楊建榮;張傳杰;方維政;魏彥鋒;劉從峰;孫士文;陳曉靜;徐慶慶;顧仁杰;陳新強(qiáng);;碲鎘汞富碲垂直液相外延技術(shù)[J];紅外與毫米波學(xué)報(bào);2009年05期

3 張燕,方家熊;碲鎘汞光伏探測(cè)器機(jī)理研究[J];紅外;2001年03期

4 ;碲鎘汞致冷技術(shù)與性能[J];應(yīng)用光學(xué);1996年03期

5 楊彥,宋炳文;富碲的碲鎘汞相圖的理論計(jì)算以及與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較[J];紅外研究(A輯);1986年05期

6 宋祥云,溫樹林;碲鎘汞輻射損傷的微觀過程[J];物理學(xué)報(bào);1988年02期

7 錢冰,陳洪鈞;富Te碲鎘汞區(qū)域相圖的研究[J];人工晶體;1988年Z1期

8 胡世高;在空間微重力下生長(zhǎng)碲鎘汞晶體[J];中國(guó)空間科學(xué)技術(shù);1988年06期

9 吳庭禮;一九八七年度碲鎘汞技術(shù)研討會(huì)在昆召開[J];紅外技術(shù);1988年01期

10 劉振虎;;離子注入碲鎘汞[J];紅外技術(shù);1988年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 孔金丞;張鵬舉;孔令德;趙俊;李雄軍;楊麗麗;姬榮斌;;非晶態(tài)碲鎘汞薄膜研究[A];戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的培育和發(fā)展——首屆云南省科協(xié)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2011年

2 張可鋒;林杏潮;張莉萍;王仍;焦翠靈;陸液;王妮麗;李向陽(yáng);;“弱p型”碲鎘汞材料和“陷阱模式”光導(dǎo)探測(cè)器[A];中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2010年光學(xué)大會(huì)論文集[C];2010年

3 鐘艷紅;廖清君;劉丹;胡曉寧;林春;;碲鎘汞紅外焦平面探測(cè)器襯底全去除技術(shù)研究[A];2015年紅外、遙感技術(shù)與應(yīng)用研討會(huì)暨交叉學(xué)科論壇論文集[C];2015年

4 喬輝;王仍;焦翠玲;龔瑋;李向陽(yáng);;集成浸沒透鏡結(jié)構(gòu)的碲鎘汞光伏器件的研制[A];上海市紅外與遙感學(xué)會(huì)第十九屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2014年

5 趙玲;王南;于艷;喻松林;;淺談碲鎘汞紅外焦平面探測(cè)器組件量子效率[A];2007年紅外探測(cè)器及其在系統(tǒng)中的應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2007年

6 宋祥云;溫樹林;;碲鎘汞晶體輻射損傷的高分辨電鏡研究[A];第三次中國(guó)電子顯微學(xué)會(huì)議論文摘要集（二）[C];1983年

7 許金通;朱龍?jiān)?儲(chǔ)開慧;陳效雙;李向陽(yáng);;碲鎘汞長(zhǎng)波紅外探測(cè)器的響應(yīng)光譜形成機(jī)制研究[A];第五屆高分辨率對(duì)地觀測(cè)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2018年

8 黃河;;P型碲鎘汞(HgCdTe)中的電流機(jī)理[A];Quantum Transport and Mesoscopic Physics (Ⅲ)--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];1999年

9 丁素珍;;用DX-3A型掃描電鈕分析Hg Ca Te材料[A];中國(guó)電子學(xué)會(huì)生產(chǎn)技術(shù)學(xué)會(huì)理化分析四屆年會(huì)論文集下冊(cè)[C];1991年

10 樊華;王溪;魏彥鋒;廖清君;胡曉寧;;可見短波紅外碲鎘汞焦平面器件響應(yīng)光譜測(cè)量及理論分析[A];2017年光學(xué)技術(shù)研討會(huì)暨交叉學(xué)科論壇論文集[C];2017年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前7條

1 本報(bào)記者 任荃;“超一流企業(yè)賣標(biāo)準(zhǔn)”[N];文匯報(bào);2003年

2 記者　邱曙東;讓“貓頭鷹眼睛”更犀利[N];解放日?qǐng)?bào);2006年

3 組稿 責(zé)任編輯 郭易楠;“陽(yáng)光世博”助推新能源經(jīng)濟(jì)[N];上海科技報(bào);2010年

4 本報(bào)記者　　呂賢如;創(chuàng)新　開拓　跨越[N];光明日?qǐng)?bào);2006年

5 本報(bào)記者 錢靜華;湯定元：離開越久思鄉(xiāng)越濃[N];常州日?qǐng)?bào);2010年

6 本報(bào)記者 莫海暉;“新陸戰(zhàn)之王”備受關(guān)注[N];珠海特區(qū)報(bào);2018年

7 記者 陳捷 覃秘;高德紅外落地武器系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化[N];上海證券報(bào);2015年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李浩;碲鎘汞雪崩光電二極管器件制備及噪聲研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所);2019年

2 王溪;12.5μm長(zhǎng)波碲鎘汞紅外探測(cè)器制備與表征[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所);2018年

3 何凱;碲鎘汞紅外光伏探測(cè)器電學(xué)性能表征技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2015年

4 喬輝;航天碲鎘汞紅外探測(cè)器工藝及暗電流研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2016年

5 邱偉成;新型碲鎘汞紅外探測(cè)器載流子輸運(yùn)機(jī)理研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

6 陳奕宇;碲鎘汞紅外焦平面探測(cè)器的無損成形技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所);2017年

7 徐鵬霄;HgCdTe表面/界面光電特性研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所）;2014年

8 張鵬;碲鎘汞紅外焦平面探測(cè)器芯片的優(yōu)化設(shè)計(jì)及工藝驗(yàn)證[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2016年

9 陳星;碲鎘汞紅外焦平面探測(cè)器可靠性相關(guān)技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所）;2014年

10 童勁超;新型太赫茲探測(cè)物理及器件研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 任士遠(yuǎn);碲鎘汞紅外焦平面的光敏元電容特性研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所);2019年

2 王涵;碲鎘汞和銅鋅錫硫材料帶邊電子結(jié)構(gòu)的光學(xué)表征[D];華東師范大學(xué);2018年

3 胡美璜;基于碲鎘汞APD的信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所);2018年

4 李慶;長(zhǎng)波碲鎘汞紅外焦平面探測(cè)器暗電流機(jī)理分析[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所);2017年

5 翁彬;低溫下碲鎘汞材料與器件的激光束誘導(dǎo)電流檢測(cè)技術(shù)[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2016年

6 曲曉東;紅外碲鎘汞材料氫鈍化行為的第一性原理研究[D];湘潭大學(xué);2009年

7 姜婷;碲鎘汞長(zhǎng)波紅外焦平面器件讀出后處理技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2016年

8 蘭添翼;碲鎘汞表面處理工藝研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2015年

9 宋亞星;軟脆碲鎘汞晶體綠色環(huán)�；瘜W(xué)機(jī)械拋光研究[D];大連理工大學(xué);2014年

10 陳心恬;碲鎘汞光導(dǎo)器件工藝與損傷評(píng)價(jià)研究[D];山東大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：2608569