中波碲镉汞p-on-n高温工作技术研究
发布时间：2021-09-12 13:26
针对碲镉汞中波p-on-n技术进行研究,采用二次离子质谱仪分析注入后及退火后As离子在碲镉汞材料中的浓度分布,使用透射电镜表征激活退火后离子注入损伤修复状态,通过半导体参数测试仪评价pn结的IV特性,将探测器芯片装在变温杜瓦中测试其不同温度下的焦平面技术指标。研究结果表明,As离子注入后在碲镉汞体内形成大量缺陷,经过富汞退火后缺陷得到修复,同时As离子进一步向内扩散,制备的pn结工作稳定表明As离子得到有效激活,制备的中波p-on-n探测器芯片在120 K温度下有效像元率可以达到99%以上。
【文章来源】：激光与红外. 2020,50(04)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
不同温度下中波碲镉汞p-on-n探测器芯片性能
采用液相外延工艺在CdZnTe衬底材料上生长中波掺In碲镉汞N型外延层,N型外延层材料的载流子浓度需控制在1×1014～1×1015cm-3范围内,合适的In掺杂浓度将得到较小的暗电流。在碲镉汞材料表面光刻图形,使用离子注入工艺将As离子注入到材料内部,其中,注入能量决定As离子注入深度,注入剂量决定As离子掺杂浓度,注入能量300 keV～400 keV,注入剂量为2×1014～2×1015/cm2,注入后的碲镉汞材料进行高低温As激活退火处理,高温退火条件为370 ℃/3h,低温退火条件为250 ℃/24 h。As离子激活退火后,采用磁控溅射工艺在材料表面制备碲化镉与硫化锌复合钝化膜层,然后湿法腐蚀工艺制备接触孔,在接触孔内生长Cr/Au/Pt金属电极体系,完成电学性能的引出,制备如图1所示p-on-n器件结构,将制备的15 μm中心间距中波640×512器件与读出电路倒装互连后,制备出中波640×512 p-on-n红外探测器芯片。本文通过二次离子质谱仪(SIMS)测试注入后及退火后 As 离子在碲镉汞层的浓度分布,采用透射电镜(TEM)表征激活退火后离子注入损伤修复状态,使用半导体参数测试仪评价pn结的IV特性。探测器芯片装入变温杜瓦中测试,放在焦平面光谱测试系统平台上测量出光谱响应曲线。采用焦平面参数测试系统测试芯片在不同温度下的有效像元率、噪声等效温差及相应不均匀性等焦平面关键技术指标。
As 离子注入及激活退火工艺直接关系到p型层浓度,必须要在富汞气氛中经过两次退火来激活它的电活性,高温退火目的在于完成As离子的电激活并消除注入引起的晶格损伤,低温退火的目的在于填充汞空位使碲镉汞衬底的电性能恢复为 N型。As是一种两性掺杂元素,既可以作为浅施主AsHg+置于Hg位,又可以作为浅受主AsTe-置于Te位。目前被普遍认同的是berding M A提出的退火电激活模型,第一步,Te原子转移到阳离子空位,形成Te反位TeHg;第二步,As原子转移到空出的Te空位,形成AsTe,并留下Hg空位;第三步,TeHg和VHg形成复合体,远离AsTe而去,最终过饱和并扩散到表面消失或形成Te夹杂物[4-5]。图2为注入能量分别为320 keV和380 keV的As离子浓度分布曲线。从图2可以看出,As原子量较大,虽然注入能量很大,但注入深度较浅,随着注入能量变大,As离子深度增加,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,注入后材料表面出现大量缺陷,碲镉汞受到严重损伤,如图3(a)所示。经过富汞激活退火后,As离子进一步向材料内部扩散,深度增加至1 μm左右,如图4所示,内部缺陷完成修复,如图3(b)所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温碲镉汞中波红外探测器的国内外进展[J]. 周连军,韩福忠,白丕绩,舒畅,孙皓,王晓娟,李京辉,邹鹏程,郭建华,王琼芳. 红外技术. 2017(02)
[2]碲镉汞材料非本征掺杂研究的发展[J]. 王忆锋,刘黎明,余连杰,胡为民. 红外. 2012(01)
本文编号：3394306
【文章来源】：激光与红外. 2020,50(04)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
不同温度下中波碲镉汞p-on-n探测器芯片性能
采用液相外延工艺在CdZnTe衬底材料上生长中波掺In碲镉汞N型外延层,N型外延层材料的载流子浓度需控制在1×1014～1×1015cm-3范围内,合适的In掺杂浓度将得到较小的暗电流。在碲镉汞材料表面光刻图形,使用离子注入工艺将As离子注入到材料内部,其中,注入能量决定As离子注入深度,注入剂量决定As离子掺杂浓度,注入能量300 keV～400 keV,注入剂量为2×1014～2×1015/cm2,注入后的碲镉汞材料进行高低温As激活退火处理,高温退火条件为370 ℃/3h,低温退火条件为250 ℃/24 h。As离子激活退火后,采用磁控溅射工艺在材料表面制备碲化镉与硫化锌复合钝化膜层,然后湿法腐蚀工艺制备接触孔,在接触孔内生长Cr/Au/Pt金属电极体系,完成电学性能的引出,制备如图1所示p-on-n器件结构,将制备的15 μm中心间距中波640×512器件与读出电路倒装互连后,制备出中波640×512 p-on-n红外探测器芯片。本文通过二次离子质谱仪(SIMS)测试注入后及退火后 As 离子在碲镉汞层的浓度分布,采用透射电镜(TEM)表征激活退火后离子注入损伤修复状态,使用半导体参数测试仪评价pn结的IV特性。探测器芯片装入变温杜瓦中测试,放在焦平面光谱测试系统平台上测量出光谱响应曲线。采用焦平面参数测试系统测试芯片在不同温度下的有效像元率、噪声等效温差及相应不均匀性等焦平面关键技术指标。
As 离子注入及激活退火工艺直接关系到p型层浓度,必须要在富汞气氛中经过两次退火来激活它的电活性,高温退火目的在于完成As离子的电激活并消除注入引起的晶格损伤,低温退火的目的在于填充汞空位使碲镉汞衬底的电性能恢复为 N型。As是一种两性掺杂元素,既可以作为浅施主AsHg+置于Hg位,又可以作为浅受主AsTe-置于Te位。目前被普遍认同的是berding M A提出的退火电激活模型,第一步,Te原子转移到阳离子空位,形成Te反位TeHg;第二步,As原子转移到空出的Te空位,形成AsTe,并留下Hg空位;第三步,TeHg和VHg形成复合体,远离AsTe而去,最终过饱和并扩散到表面消失或形成Te夹杂物[4-5]。图2为注入能量分别为320 keV和380 keV的As离子浓度分布曲线。从图2可以看出,As原子量较大,虽然注入能量很大,但注入深度较浅,随着注入能量变大,As离子深度增加,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,注入后材料表面出现大量缺陷,碲镉汞受到严重损伤,如图3(a)所示。经过富汞激活退火后,As离子进一步向材料内部扩散,深度增加至1 μm左右,如图4所示,内部缺陷完成修复,如图3(b)所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温碲镉汞中波红外探测器的国内外进展[J]. 周连军,韩福忠,白丕绩,舒畅,孙皓,王晓娟,李京辉,邹鹏程,郭建华,王琼芳. 红外技术. 2017(02)
[2]碲镉汞材料非本征掺杂研究的发展[J]. 王忆锋,刘黎明,余连杰,胡为民. 红外. 2012(01)
本文编号：3394306
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