【摘要】：碲鎘汞材料在紅外探測(cè)領(lǐng)域是一種最有發(fā)展前景的合金材料。作為窄禁帶半導(dǎo)體,HgCdTe材料常被應(yīng)用于中長波紅外探測(cè),尤其是在3-5μm和8-12μm的大氣窗口光譜區(qū),而其探測(cè)器性能也與碲鎘汞光敏元電容有著密切的聯(lián)系。因?yàn)轫阪k汞PN結(jié)電容較小,很難測(cè)準(zhǔn),且之前的文獻(xiàn)報(bào)道的碲鎘汞電容只是直接給出電容大小的結(jié)果,而沒有測(cè)試的過程介紹以及該電容與其他探測(cè)器電容大小的比較。相比之下,本文詳細(xì)介紹了碲鎘汞光敏元電容的測(cè)試方法原理,對(duì)寄生電容進(jìn)行了分析和標(biāo)定,并最終給出了誤差分析。將本文的碲鎘汞探測(cè)器電容與各類探測(cè)器電容進(jìn)行了比較,還計(jì)算得到載流子濃度以及其在結(jié)區(qū)對(duì)應(yīng)的深度,與剝層霍爾的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符合。本文研究聚焦于碲鎘汞光敏元電容,主要研究內(nèi)容如下:(1)本文報(bào)道了在液氮溫度下通過杜瓦對(duì)HgCdTe器件進(jìn)行電容測(cè)試的方法,標(biāo)定了儀器寄生電容以及杜瓦的寄生電容,并利用該C-V測(cè)試結(jié)果計(jì)算得到PN結(jié)區(qū)附近的載流子濃度和相應(yīng)的深度等數(shù)據(jù)。PN結(jié)器件1號(hào)樣品零偏電壓時(shí)的電容為92.8pF,電容密度5.13×10~4pF·cm~(-2),且隨著反偏電壓的增大,耗盡層寬度增大,導(dǎo)致電容減小�？紤]到儀器及引線寄生電容誤差,則最終的電容誤差率為0.32%-0.42%。通過C-V曲線可計(jì)算得到:零偏壓時(shí)PN結(jié)器件1號(hào)樣品耗盡層寬度0.28μm,對(duì)應(yīng)的N~-區(qū)載流子濃度6.07×10~(15)cm~(-3)。隨著向N區(qū)擴(kuò)展深度W_n的增加,N區(qū)載流子濃度呈上升趨勢(shì),這也與本文的n~+-n~--p的器件結(jié)構(gòu)相符。(2)制備了碲鎘汞雪崩光電二極管(APD)器件并進(jìn)行了測(cè)試分析,并將測(cè)試結(jié)果與碲鎘汞PN結(jié)器件進(jìn)行了對(duì)比。碲鎘汞APD器件2號(hào)樣品零偏電壓時(shí)的電容為11.3pF,相同面積下與碲鎘汞PN結(jié)器件1號(hào)樣品的92.8pF相比,電容顯著下降�？紤]到儀器及引線寄生電容誤差,最終的電容誤差率為2.65%-3.31%。通過C-V曲線可計(jì)算得到:零偏壓時(shí)APD器件2號(hào)樣品耗盡層寬度2.33μm,對(duì)應(yīng)的N~-區(qū)載流子濃度3.47×1014cm~(-3)。將PN結(jié)器件跟APD器件相對(duì)比,APD的耗盡層寬度遠(yuǎn)大于PN結(jié)器件,說明退火可以展寬耗盡層。而APD器件的N區(qū)載流子濃度則較低,也說明了退火可以使得汞填隙擴(kuò)散而導(dǎo)致N區(qū)載流子濃度降低。(3)制備了不同退火條件的碲鎘汞APD器件并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:退火可以使APD的耗盡層展寬,從而得到更小的結(jié)電容,且適當(dāng)延長退火時(shí)間,其結(jié)電容越小,N區(qū)載流子濃度也越小。通過儀器測(cè)試C-V曲線并通過計(jì)算便可得到載流子濃度以及對(duì)應(yīng)的結(jié)區(qū)深度,與傳統(tǒng)的剝層霍爾實(shí)驗(yàn)相比,更為簡單便捷,在實(shí)際的科研中會(huì)有較好的意義(例如利用載流子濃度以及耗盡層寬度來計(jì)算APD器件的增益電壓曲線等)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TG132.2;TN215
【圖文】：

線圖 pn 結(jié)電容與頻率的關(guān)系（方塊為正偏壓 0.2V，+為正偏壓elationship between capacitance and frequency of pn junction in (square means positive bias 0.2V,+means positive bias 0.3V)知，當(dāng)處于低頻狀態(tài)時(shí)，擴(kuò)散電容 Cdiff與勢(shì)壘電容 Cdl都區(qū)的少數(shù)載流子可以跟上交變電場(chǎng)的變化，因此在低頻區(qū)包括兩個(gè)部分：勢(shì)壘電容與擴(kuò)散電容；在高頻區(qū)，少數(shù)載場(chǎng)的變化，擴(kuò)散電容也就慢慢趨于零，因此結(jié)電容在高頻。圖 1.1 可以看出 pn 結(jié)電容在 30-80pF 的范圍內(nèi)，與偏壓關(guān)。文章作者采用的電容為商用 Si 二極管——1N4001，如流二極管，由二極管的參數(shù)圖上可以簡單的計(jì)算出二極管8mm2（9.4mm 2.7mm），繼而可以計(jì)算其電容密度以更gCdTe 等探測(cè)器結(jié)電容進(jìn)行比較，其電容為 30-80pF，則

用 Si 二極管 1N4001 的參數(shù)圖[23]ric Diagram of Commercial Si Dio）探測(cè)器的電容種Ⅲ-Ⅴ族材料，隨 In 組分圍內(nèi)變化，并且銦鎵砷具有高經(jīng)較為成熟，InGaAs 材料因[27][28][29][30][31][32][33][34][35]。在近室溫下運(yùn)行，同時(shí)它的靈外探測(cè)器獲得了飛速的發(fā)展和的碲鎘汞都是應(yīng)用于紅外探測(cè)方面存在差異，因此研究銦鎵測(cè)器如碲鎘汞的研究，同時(shí)，相信在其中可以獲得對(duì)碲鎘汞

第 1 章 緒論二極管陣列制作以及襯底移除等步驟，最終得到了銦鎵砷紅外焦平面通過對(duì)其背部照明測(cè)試，完成了電流-電壓，電容-電壓，光譜響應(yīng)，應(yīng)等結(jié)果，我們主要關(guān)注電容-電壓曲線（capacitance-voltage curve）文章指出電容電壓曲線的影響因素有：電壓控制的耗盡層寬度以的結(jié)區(qū)。下圖展示的就是 InGaAs 與 InP 襯底雜化的紅外探測(cè)器陣列圖。由圖 1.3 可以看出，電容在零偏壓條件下的電容為 0.11pF，在反達(dá)到 5V 時(shí)電容為 0.09pF。 而此探測(cè)器像元為直徑 10μm 的像元，算可以得到其電容密度為 2.87 104pF/cm2。與傳統(tǒng)的硅基探測(cè)器相比102pF/cm2-3.15 102pF/cm2），電容密度明顯提升了很多。

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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碲鎘汞晶體[J];中國空間科學(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

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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;;“弱p型”碲鎘汞材料和“陷阱模式”光導(dǎo)探測(cè)器[A];中國光學(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;;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;;碲鎘汞長波紅外探測(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

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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;“陽光世博”助推新能源經(jīng)濟(jì)[N];上�？萍紙�(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

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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];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(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];中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2015年

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1 任士遠(yuǎn);碲鎘汞紅外焦平面的光敏元電容特性研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(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];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所);2018年

4 李慶;長波碲鎘汞紅外焦平面探測(cè)器暗電流機(jī)理分析[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(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;碲鎘汞長波紅外焦平面器件讀出后處理技術(shù)研究[D];中國科學(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)：2786462