[發明專利]一種消除碲鋅鎘晶體導電類型轉變界面的方法

在審

• 申請號: 202210304045.2
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114737256A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 趙文;孔金丞;姜軍;李沛;俞見云;李俊;陳少璠;庹夢寒;王靜宇;陳姍;姬榮斌
• 申請（專利權）人: 昆明物理研究所
• 主分類號: C30B33/02
• 分類號: C30B33/02;C30B29/46;C30B19/12
• 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

本發明公開了一種消除碲鋅鎘晶體導電類型轉變界面的方法，該方法將碲鋅鎘晶體采用鎘飽和氣氛退火處理，實現鎘原子熱擴散消除碲鋅鎘晶體中導電類型轉變界面、改善碲鋅鎘晶錠的均勻性和一致性。該方法提升了材料的光學性能、電學性能及組分均勻性和一致性，消除了碲鋅鎘晶錠表面的顏色轉變區域。本方法具有消除碲鋅鎘晶體材料中的鎘空位的效果，提升了碲鋅鎘晶體材料的紅外光譜透過率，使碲鋅鎘基碲鎘汞紅外焦平面探測器組件響應圖的均勻性和一致性得到顯著改善。

技術領域

本發明涉及用于紅外焦平面探測器的碲鋅鎘基碲鎘汞材料，具體涉及一種消除碲鋅鎘晶體導電類型轉變界面的方法。

背景技術

碲鎘汞(Hg_1-yCd_yTe,MCT)由于其較高的量子效率，是高性能紅外焦平面探測器組件的重要材料。碲鎘汞是在襯底上通過外延生長得到，目前的主要襯底有Si、Ge、GaAs和碲鋅鎘(Cd_1-xZn_xTe,CZT)，但Si、Ge和GaAs與碲鎘汞晶格失配較大，導致紅外焦平面探測器組件的暗電流大，影響器件的性能。碲鋅鎘可以通過改變組分實現與碲鎘汞晶格的完美匹配，是制備高性能碲鎘汞紅外焦平面探測器組件的首選襯底材料。在碲鋅鎘襯底上進行碲鎘汞生長時，襯底近表面的缺陷、范性形變及導電類型轉變界面會向碲鎘汞延伸，影響碲鎘汞結構的完整性和使用特性，造成碲鋅鎘基碲鎘汞紅外焦平面的器件性能。

采用富Te垂直布里奇曼法(Vertical Bridgman,VB)生長Zn組分含量為x＝0.04的碲鋅鎘晶體，在特定生長條件下生長的部分晶體內存在明顯顏色轉變界面，經實驗測試和驗證是由碲鋅鎘本征缺陷引起的一種導電類型轉變界面。導電類型轉變界面內側的晶體由于含有大量Cd空位缺陷，晶體的導電類型為p型，晶體的紅外光譜透過率隨波長增加而減小；外側晶體含有大量的Cd間隙缺陷，晶體的導電類型為n型，晶體在整個紅外波段的透過率不隨紅外波長發生變化(＞60％)。最重要的是，在含有導電類型轉變界面的碲鋅鎘襯底上，采用富Te水平液相外延方法進行碲鎘汞薄膜生長，生長得到的碲鎘汞材料制備成碲鎘汞焦平面，由于碲鋅鎘襯底導電類型轉變界面內外兩側晶體的缺陷類型不同，晶體的導電類型不同，紅外光譜的透光率不同，導致碲鋅鎘基碲鎘汞紅外焦平面的成像不均勻，存在明顯的顏色變化區域，影響器件的成品率。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于克服上述現有技術的不足，提供一種消除碲鋅鎘晶體導電類型轉變界面的方法，在鎘飽和氣氛條件下對碲鋅鎘晶錠退火，使導電類型轉變界面內測晶體的導電類型由p型向n型轉變，達到消除導電類型轉變界面的問題，從而提升材料光學性能和電學性能的均勻性和一致性，改善碲鋅鎘基碲鎘汞紅外焦平面響應圖的一致性。

本發明所采用的技術方案是：

一種消除碲鋅鎘晶體導電類型轉變界面的方法，包括：選取含有導電類型轉變界面的碲鋅鎘晶錠；對含有導電類型轉變界面的碲鋅鎘晶錠進行鎘飽和氣氛退火；退火后將晶錠按111方向在內圓切片機上切片，晶片經表面處理后制備碲鋅鎘襯底；在碲鋅鎘襯底上，采用富Te液相外延方法制備碲鎘汞薄膜；將碲鋅鎘基碲鎘汞薄膜制備成紅外焦平面；對碲鋅鎘基碲鎘汞紅外焦平面探測器組件的中波響應圖進行測試。

上述方法中，在特定富Te溶體法條件下制備的碲鋅鎘晶體，將生長后的碲鋅鎘晶錠按生長方法在內圓切片機上剖成兩部分，選取含有導電類型轉變界面的碲鋅鎘晶錠。

上述方法中，對含有導電類型轉變界面的碲鋅鎘晶錠退火是指將帶有導電類型轉變界面的碲鋅鎘晶錠放置在帶孔的石英支架上，將石英支架及碲鋅鎘晶錠一同放置在低端具有一定Cd源的石英管內，石英管經抽真空密封燒結后，在碲鋅鎘溫度為700℃～800℃、單質鎘溫度為650℃～750℃條件下退火72h～96h。該過程的關鍵是，通過高溫條件下的鎘原子熱的擴散，消除碲鋅鎘晶體中的鎘空位缺陷。

進一步地，帶孔石英支架的石英純度≥99.99％；所述真空石英管的石英純度≥99.99％；所述的真空石英管的真空度≥5×10^-5mbar。