針對碲鎘汞中波p-on-n技術(shù)進行研究,采用二次離子質(zhì)譜儀分析注入后及退火后As離子在碲鎘汞材料中的濃度分布,使用透射電鏡表征激活退火后離子注入損傷修復(fù)狀態(tài),通過半導(dǎo)體參數(shù)測試儀評價pn結(jié)的IV特性,將探測器芯片裝在變溫杜瓦中測試其不同溫度下的焦平面技術(shù)指標。研究結(jié)果表明,As離子注入后在碲鎘汞體內(nèi)形成大量缺陷,經(jīng)過富汞退火后缺陷得到修復(fù),同時As離子進一步向內(nèi)擴散,制備的pn結(jié)工作穩(wěn)定表明As離子得到有效激活,制備的中波p-on-n探測器芯片在120 K溫度下有效像元率可以達到99%以上。 

【文章來源】：激光與紅外. 2020,50(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

不同溫度下中波碲鎘汞p-on-n探測器芯片性能

采用液相外延工藝在CdZnTe襯底材料上生長中波摻In碲鎘汞N型外延層,N型外延層材料的載流子濃度需控制在1×1014～1×1015cm-3范圍內(nèi),合適的In摻雜濃度將得到較小的暗電流。在碲鎘汞材料表面光刻圖形,使用離子注入工藝將As離子注入到材料內(nèi)部,其中,注入能量決定As離子注入深度,注入劑量決定As離子摻雜濃度,注入能量300 keV～400 keV,注入劑量為2×1014～2×1015/cm2,注入后的碲鎘汞材料進行高低溫As激活退火處理,高溫退火條件為370 ℃/3h,低溫退火條件為250 ℃/24 h。As離子激活退火后,采用磁控濺射工藝在材料表面制備碲化鎘與硫化鋅復(fù)合鈍化膜層,然后濕法腐蝕工藝制備接觸孔,在接觸孔內(nèi)生長Cr/Au/Pt金屬電極體系,完成電學(xué)性能的引出,制備如圖1所示p-on-n器件結(jié)構(gòu),將制備的15 μm中心間距中波640×512器件與讀出電路倒裝互連后,制備出中波640×512 p-on-n紅外探測器芯片。本文通過二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)測試注入后及退火后 As 離子在碲鎘汞層的濃度分布,采用透射電鏡(TEM)表征激活退火后離子注入損傷修復(fù)狀態(tài),使用半導(dǎo)體參數(shù)測試儀評價pn結(jié)的IV特性。探測器芯片裝入變溫杜瓦中測試,放在焦平面光譜測試系統(tǒng)平臺上測量出光譜響應(yīng)曲線。采用焦平面參數(shù)測試系統(tǒng)測試芯片在不同溫度下的有效像元率、噪聲等效溫差及相應(yīng)不均勻性等焦平面關(guān)鍵技術(shù)指標。

As 離子注入及激活退火工藝直接關(guān)系到p型層濃度,必須要在富汞氣氛中經(jīng)過兩次退火來激活它的電活性,高溫退火目的在于完成As離子的電激活并消除注入引起的晶格損傷,低溫退火的目的在于填充汞空位使碲鎘汞襯底的電性能恢復(fù)為 N型。As是一種兩性摻雜元素,既可以作為淺施主AsHg+置于Hg位,又可以作為淺受主AsTe-置于Te位。目前被普遍認同的是berding M A提出的退火電激活模型,第一步,Te原子轉(zhuǎn)移到陽離子空位,形成Te反位TeHg;第二步,As原子轉(zhuǎn)移到空出的Te空位,形成AsTe,并留下Hg空位;第三步,TeHg和VHg形成復(fù)合體,遠離AsTe而去,最終過飽和并擴散到表面消失或形成Te夾雜物[4-5]。圖2為注入能量分別為320 keV和380 keV的As離子濃度分布曲線。從圖2可以看出,As原子量較大,雖然注入能量很大,但注入深度較淺,隨著注入能量變大,As離子深度增加,注入能量320 keV下注入深度只有0.6 μm,注入能量380 keV下注入深度只有0.7 μm,注入后材料表面出現(xiàn)大量缺陷,碲鎘汞受到嚴重損傷,如圖3(a)所示。經(jīng)過富汞激活退火后,As離子進一步向材料內(nèi)部擴散,深度增加至1 μm左右,如圖4所示,內(nèi)部缺陷完成修復(fù),如圖3(b)所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高溫碲鎘汞中波紅外探測器的國內(nèi)外進展[J]. 周連軍,韓福忠,白丕績,舒暢,孫皓,王曉娟,李京輝,鄒鵬程,郭建華,王瓊芳.  紅外技術(shù). 2017(02)
[2]碲鎘汞材料非本征摻雜研究的發(fā)展[J]. 王憶鋒,劉黎明,余連杰,胡為民.  紅外. 2012(01)



本文編號：3394306