[發(fā)明專利]紅外焦平面探測器離子注入?yún)^(qū)陷阱濃度數(shù)據(jù)的提取方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210405502.3
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN102928194A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡偉達;葉振華;梁健;郭楠;李天信;殷菲;張波;崔昊楊;陳效雙;陸衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及紅外探測器特征參數(shù)的檢測技術(shù)，具體是指一種提取碲鎘汞紅外焦平面探測器光敏感芯片陣列的離子注入?yún)^(qū)陷阱濃度數(shù)據(jù)的方法。

背景技術(shù)

碲鎘汞紅外探測器在軍事偵察、航天遙感領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值，對器件性能要求也很高。平面型碲鎘汞紅外探測器一般采用離子注入形成n區(qū)，但是離子注入會引起碲鎘汞n區(qū)大量的損傷，在器件的光敏元區(qū)形成的陷阱。陷阱不僅能以陷阱輔助隧穿的方式形成暗電流，而且會形成復(fù)合中心復(fù)合光生載流子，從而大大降低了器件的量子效率和探測器。獲取不同溫度下準(zhǔn)確的有效（離化）陷阱濃度分布，對碲鎘汞紅外探測器（尤其是長波器件）性能優(yōu)劣的判斷具有非常重要的意義。而且，在碲鎘汞長波紅外探測器設(shè)計時，光敏感芯片陣列的離子注入?yún)^(qū)陷阱濃度的設(shè)計值如果不準(zhǔn)確的話，進行計算得到的探測器特性將會與實驗值出現(xiàn)嚴(yán)重的偏離。所以，實驗獲取光敏感芯片陣列的離子注入?yún)^(qū)陷阱濃度具有非常重要的意義。

目前，對離子注入工藝形成的紅外探測器損傷已經(jīng)有了一定的研究。有文章報道了熱處理和等離子體氫鈍化等部分修復(fù)紅外探測器損傷，以提高探測器的光電性能。而且，常規(guī)的微分霍爾測試可用以損傷引起的陷阱濃度特征參數(shù)測試。但是，微分霍爾測試是破壞性的、單一的電學(xué)測試，且易受采樣數(shù)不足、實驗樣品制備復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的光敏感芯片陣列的離子注入?yún)^(qū)陷阱濃度特征參數(shù)測量方法存在的問題，提供一種基于微小區(qū)域光電過程和高高精度掃描相結(jié)合的高效、無損的平面型碲鎘汞長波紅外焦平面探測器離子注入?yún)^(qū)陷阱濃度的提取技術(shù)方案。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

1.從樣品p區(qū)兩端引出激光束誘導(dǎo)電流的測試電極，將樣品放入杜瓦，通過液氮和控溫儀調(diào)節(jié)樣品所處的溫度條件；

2.通過二維微移動平臺（6）調(diào)節(jié)杜瓦（5）位置，在高倍物鏡（4）和CCD相機（3）觀察下，將激光聚焦到杜瓦中的pn結(jié)樣品所在處，使掃描線沿樣品中心線；

3．將一定功率的激光打在樣品上，調(diào)節(jié)樣品溫度條件，結(jié)合相敏檢測技術(shù)（即鎖相放大器和機械斬波器），記錄不同溫度下激光沿樣品中心線掃描時的電流和位置的關(guān)系曲線；

4.掃描得到的電流和位置的關(guān)系曲線線形呈對稱的正負四峰結(jié)構(gòu)（兩對，如圖5所示），其中中間兩個對稱峰，代表由于離子注入?yún)^(qū)與汞填隙擴散區(qū)誘導(dǎo)的pn結(jié)形成的激光束誘導(dǎo)電流，峰間間距代表了掃描方向結(jié)區(qū)寬度大小；外側(cè)的兩個對稱峰，代表由于汞填隙擴散區(qū)與p吸收區(qū)誘導(dǎo)的pn結(jié)形成的激光束誘導(dǎo)電流，峰間間距代表了掃描方向結(jié)區(qū)寬度大小;

5.構(gòu)建物理模型：半導(dǎo)體器件數(shù)值模擬的基本方程是泊松方程、電子與空穴的連續(xù)性方程、電子輸運方程，光響應(yīng)可由載流子產(chǎn)生率加入方程，其他產(chǎn)生復(fù)合模型包括SRH復(fù)合、Auger復(fù)合和輻射復(fù)合，用有限元方法離散化聯(lián)立迭代自洽求解；

6.模擬中將離子注入?yún)^(qū)的陷阱離化濃度設(shè)為變量，外加入射光垂直照射到陣列結(jié)構(gòu)長波碲鎘汞紅外探測器上（鎘組份為0.224）上，改變陷阱離化濃度，由數(shù)值模擬得到陷阱離化濃度隨溫度變化的曲線，飽和后的陷阱離化濃度即為離子注入?yún)^(qū)的陷阱濃度。

本發(fā)明專利的優(yōu)點在于：

本發(fā)明基于微小區(qū)域光電過程和高精度掃描相結(jié)合的方法，通過建立損傷引起的陷阱濃度與器件的關(guān)鍵性能光響應(yīng)之間的特征關(guān)系，來實現(xiàn)紅外焦平面探測器光敏感芯片陣列離子注入?yún)^(qū)陷阱濃度的提取，具有高效、無損傷、可靠和精確等優(yōu)點。該方法獲得的陷阱濃度空間分布由微小區(qū)域的激光斑點的直徑和步進掃描精度共同決定。因此，離子注入?yún)^(qū)陷阱濃度特征參數(shù)提取的空間精度非常高，并基于直接的光電性能測量來獲取空間分布，具有非常好的可信度和直觀性。

附圖說明

圖1為待測長波碲鎘汞紅外焦平面樣品的俯視圖。

圖2為檢測采用的實驗裝置示意圖；

圖中1.激光器，2.斬波器，3.CCD相機，4.高倍物鏡，5.杜瓦，6.二維微移動平臺，7.鎖相放大器，8.控溫儀，9.步進臺控制器，10.計算機。

圖3為樣品不同溫度條件下，碲鎘汞焦平面探測器列陣的激光束誘導(dǎo)電流圖。

圖4為樣品不同溫度條件下，數(shù)值模擬提取獲得的離子注入?yún)^(qū)有效陷阱濃度隨溫度關(guān)系圖。

圖5為長波碲鎘汞紅外探測器單元器件的激光束誘導(dǎo)電流（LBIC）原理示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細說明。