[發明專利]一種金摻雜液相外延碲鎘汞材料電學性能穩定性控制方法

有效

• 申請號: 202011156074.6
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN113410124B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 孔金丞;宋林偉;吳軍;李東升;黃元晉;王文金;王志斌;陳姍;黃蓓;陶麗明;姬榮斌
• 申請（專利權）人: 昆明物理研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L31/18;H01L31/0296;H01L31/101
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 賽曉剛

本發明提供了一種金摻雜碲鎘汞外延材料電學性能穩定性控制方法。本發明針對金摻雜液相外延碲鎘汞材料熱處理時金摻雜原子向碲鋅鎘晶體中擴散導致金摻雜碲鎘汞外延材料電學參數不受控的問題，其方法包括：在金摻雜碲鎘汞材料液相外延生長前，對碲鋅鎘襯底進行鎘飽和退火，消除碲鋅鎘襯底中的鎘空位，控制碲鎘汞熱處理時金摻雜原子向碲鋅鎘襯底中的擴散富集。本方法達到了消除碲鋅鎘晶體中的鎘空位的效果，從而控制金摻雜碲鎘汞薄膜熱處理時金摻雜原子向碲鋅鎘晶體的擴散，提高了液相外延金摻雜碲鎘汞薄膜電學性能穩定性及重復性控制。

技術領域

本發明屬于光電探測領域，具體涉及一種金摻雜液相外延碲鎘汞材料電學性能穩定性控制方法。

背景技術

碲鎘汞紅外焦平面探測器是光電系統中需求最為迫切、應用最為廣泛的關鍵核心器件，在精確制導、反導預警、對地觀測、深空探測等領域有著廣泛的應用需求。隨著紅外焦平面探測器向高分辨率、高靈敏度、高工作溫度等方向的發展，對器件性能提出了較高的要求，尤其是在器件的暗電流控制方面，提出了更高的要求。

HgCdTe材料作為應用最廣泛的光電半導體材料，其導電類型包括N型和P型。P型HgCdTe材料有兩種實現方法，一是利用材料中受主性質的汞空位實現P型導電；二是采用摻雜技術形成受主，P型摻雜元素主要有As、Au、Cu、Ag等。

然而研究發現Ag、Cu摻雜原子的擴散系數高、穩定性差，應用研究較少。相較于Ag、Cu摻雜原子來說，Au原子穩定性較好，是目前n-on-p型器件P型吸收層的重要摻雜原子，Au摻雜主要應用于高性能n-on-p型器件的P型吸收層材料的制備，可提高P型碲鎘汞材料少子壽命、降低暗電流、提高品質因子R0A值，是提升n-on-p型器件整體性能最有效的途徑。

金摻雜原子在碲鎘汞材料中是一種快擴散原子，在碲鎘汞薄膜外延生長及后續熱處理過程中很容易向界面、表面和缺陷處擴散富集。金摻雜碲鎘汞外延薄膜的生長大都采用晶格較匹配的碲鋅鎘襯底，碲鋅鎘晶體高溫生長時鎘壓較高，在晶體生過程中很難精確控制鎘壓，導致碲鋅鎘晶體中存在大量的鎘空位。在存在大量鎘空位的襯底上液相外延生長金摻雜碲鎘汞材料時，熱處理過程中碲鎘汞材料中的金摻雜原子將會向襯底缺陷處，也就是鎘空位處擴散富集，碲鎘汞薄膜中的金摻雜原子濃度穩定性控制變差，從而導致金摻雜材料電學性能穩定性不受控，從而影響工藝穩定性。

發明內容

鑒于現有技術碲鋅鎘晶體中鎘空位導致金摻雜液相外延碲鎘汞薄膜熱處理時金原子向碲鋅鎘襯底鎘空位處擴散富集，導致金摻雜液相外延碲鎘汞材料電學性能穩定性不受控的問題，本發明提供了一種解決金摻雜液相外延碲鎘汞外延材料電學性能穩定性控制的方法。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

一種金摻雜液相外延碲鎘汞材料電學性能穩定性控制方法，包括：碲鋅鎘襯底鎘飽和退火消除碲鋅鎘襯底中的鎘空位，控制碲鎘汞熱處理時金摻雜原子向碲鋅鎘襯底中的擴散富集；碲鋅鎘襯底表面處理；金摻雜碲鎘汞液相外延材料生長；金摻雜碲鎘汞液相外延薄膜生長后，在汞飽和條件下進行退火；退火后進行電學性能測試，主要包括導電類型、載流子濃度的測試；金摻雜碲鎘汞材料中摻雜原子濃度分布測試。

上述方法中，所述碲鋅鎘襯底鎘飽和退火是指將碲鋅鎘襯底放置于密閉石英管中，同時放置單質鎘，在500℃～600℃條件下進行退火，退火時間48h以上，該過程是本發明的關鍵，本發明將碲鋅鎘襯底在鎘飽和氛圍下退火后，襯底中鎘空位可完全消除。

上述方法中，所述碲鋅鎘襯底表面處理是指將鎘飽和退火后的襯底利用機械磨拋以及化學腐蝕的作用對襯底表面進行磨拋及機化拋，去除碲鋅鎘襯底表面的切割損傷，得到無損、高平整度碲鋅鎘襯底。

上述方法中，所述金摻雜碲鎘汞液相外延材料生長是指在已完成鎘飽和退火及表面處理的襯底上液相外延生長厚度8～12μm金摻雜碲鎘汞薄膜材料。