液相外延HgCdTe薄膜组分均匀性对红外透射光谱的影响
红外反射_吸收光谱及其在表面和薄膜领域的应用
28第12卷第1期1997年2月(A)S 偏振(B)P 偏振(C)透射谱时E 与表面平行图1偏振光在金属反射面上的相位变化和透射谱测量时电场方向与表面的位置关系红外反射 吸收光谱及其在表面和薄膜领域的应用王海水李薇席时权(中国科学院长春应用化学研究所长春130022)摘要介绍了红外反射 吸收技术的原理、特点、影响灵敏度的因素和光路设置,用近期研究实例介绍了该技术的应用情况。
作为研究分子结构的有效工具,红外光谱(I R)在膜科学和表面科学的研究中得到了广泛利用。
单纯使用红外透射谱测量技术难以获得界面材料或膜材料内分子的完整结构信息,而红外反射 吸收光谱(Reflection Absor p tion,简称RA 谱)能够弥补透射谱的不足。
下面介绍有关RA 谱的知识。
一、RA 技术的测量原理1.物质对红外光的吸收红外谱带的吸光度A 可用下式表示:A =log(I 0/I ) (M E )2M 代表振动的跃迁矩矢量,E 代表光的电矢量。
从上式可以看出,A 值同E 矢量和M 矢量点乘之积有关。
E 矢量和M 矢量之间的角度将影响物质对红外光的吸收强度。
2.RA 技术的原理当IR 光束在金属表面上发生反射时,反射光电矢量E R 的方向将随着光线入射角 和入射光的偏振状态而发生变化。
图1给出了在掠角入射时(入射角 接近90 时称为掠角入射)E R 的方向与入射光偏振状态间的关系[1]。
入射光电矢量与入射面垂直时(称为S 偏振光),E R 与入射光电矢量E S 振幅接近但方向相反,两者在界面产生相消干涉,因此界面电场强度接近为零。
当入射光电矢量方向与入射面平行时(称为P 偏振光),E R 与入射光电矢量E P 在界面产生相长干涉,两者在垂直于表面的方向上产生了较强的界面电场E,E 的振幅接近于E P 的两倍,因此界面电场的强度约比E P 的强度增加了四倍。
知识介绍29入射光图2RA 附件光路路径图自然光入射到金属界面上时,每一电矢量可以分解为两个组份(分量),即与入射面平行的P 组份和与入射面垂直的S 组份。
光学薄膜界面粗糙度互相关特性与光散射_潘永强
方差函数 G(τ)=〈h(r)h(r +τ)〉 的傅里叶变换 ,
h(r)为表面粗糙度轮廓的高度函数 , τ为滞后长度 ,
r 为 x-y 平面内的位置矢量 。如果表面为各向同性表
面 , 且入射光垂直入射 , 则有 g(k -k0)=g(k)。
N 层光学薄膜矢量散射理论的表达式可写 成[ 1 2]
NN
∑ ∑ d
(1 西安工业大学光电工程学院 , 陕西 西安 710032;2 西安电子科技大学理学院 , 陕西 西安 710071)
摘要 为了研究光学薄膜界面的互相关特性及光散射特性 , 介绍了光学薄膜的散射理 论和模型 。 依 据光学薄膜 矢 量散射的表达式 , 借助于总背向散射理论分析了 光学薄膜界 面互相 关特性对 光散射 的影响 , 并用 实验验 证和分 析 了 T iO 2 单层薄膜膜层厚度 , K9 玻璃基底粗糙度以及 离子束 辅助沉 积(IBA D)工 艺等因 素对光学 薄膜界 面互相 关 特性 的影响 。 结果表明 , 根据矢量光散射理论计算的光学薄膜界面 互相关特性和光散射的 关系与实 验测量结果 一 致 。 随着基底粗糙度 、薄膜光学厚度的增加 , 薄膜界面的互 相关特性 会变差 , 采 用离子束 辅助沉 积的 T iO 2 单层 薄 膜的膜层界面互相关性明显好于不用离子束辅助沉积的薄膜 。 关键词 薄膜 ;互相关特性 ;光散射 ;表面粗糙度 中图分类号 O 484 文献标识码 A
2
dP P0 dΨ
sin
θ· dθ。
(6)
3 实 验
基底为 K 9 玻璃 , 折射率 ns =1 .52 , 使用配备了 西安工业大学自行研制的宽束冷阴极离子源的国营 南光机械厂生产的 ZZS-7001/ G 箱式光学镀膜机 , TiO 2 薄膜的制 备采用电 子枪热蒸 发的方式 沉积 。 TiO 2 薄膜表面粗糙和基底表面粗糙度的测量用的 是英国泰勒-霍普森有限公司生产 的 T alysurf CCI 白光干涉表面轮廓仪 , 散射的测量用的是日本产的 带有积分球的 u-3501 分光光度计 , 总背向散射值均 为波长为633 nm处的散射值 。
Si基分子束外延HgCdTeCdTe评价与表征研究的开题报告
Si基分子束外延HgCdTeCdTe评价与表征研究的开题报告标题：Si基分子束外延HgCdTe/CdTe评价与表征研究摘要：本文介绍了一项旨在评价和表征Si基分子束外延HgCdTe/CdTe结构的研究。
该研究利用了扫描电子显微镜、X射线衍射仪、Raman光谱仪等多种分析技术对该结构进行了表征，并使用Laser 微光致发光测试系统对该结构中的缺陷进行了评价。
研究结果表明，该结构在表面质量和晶体质量方面都具有优异的性能。
该研究对于进一步开发高性能的红外探测器具有重要意义。
关键词：分子束外延，HgCdTe，表征，评价，微光致发光一、研究背景近年来，红外技术的快速发展使得红外探测器成为新一代光学探测器中的重要一环。
其中，HgCdTe在红外探测器领域中被广泛应用，其性能也被认为是最优越的。
但是，传统的HgCdTe晶体材料制备技术存在诸多问题，比如成本高、稳定性差以及生产效率低等。
因此，寻求新的制备方法成为了该领域的重点研究方向之一。
分子束外延技术作为一种新兴的合成方法，近年来被广泛应用于半导体、太阳能电池以及红外探测器等领域。
该技术在制备高性能HgCdTe 探测器方面具有独特优势，但相应的研究还比较有限。
因此，本研究旨在评价和表征一种新的Si基分子束外延HgCdTe/CdTe结构，为进一步开发高性能的红外探测器提供理论依据和实用技术。
二、研究内容1. 实验材料本研究所使用的材料为Si基衬底、CdTe中间层和HgCdTe外延层。
2. 实验方法2.1 表征方法扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）以及Raman光谱仪等多种表征方法被用于对样品进行表征。
2.2 评价方法使用Laser微光致发光测试系统对样品中的缺陷进行评价。
3. 预期结果通过表征和评价实验，本研究预期得到以下结果：3.1 表面和晶体质量优异：通过SEM和XRD等表征方法，探测样品表面和晶体质量的优越性能。
3.2 缺陷评价：使用Laser微光致发光测试系统对样品缺陷进行评价，从而进一步确定样品的探测性能和应用前景。
液相外延碲镉汞薄膜的表面损伤研究
ＳｕｒｆａｃｅｄａｍａｇｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＬＰＥＨｇＣｄＴｅｆｉｌｍｓ
ＬＩＣｈｕｎｌｉｎｇ，ＱＩＮＹａｎｈｏｎｇ，ＣＨＥＮＹｕ，ＷＡＮＧＣｈｕｎｈｏｎｇ
（ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏＯｐｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｄｅｐｔｈｔｅｓｔｏｆＨｇＣｄＴｅｆｉｌｍｓｕｒｆａｃｅｄａｍａｇｅｌａｙｅｒｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｉｔｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ， ｕｓｉｎｇｌｉｇｈｔｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆＨｇＣｄＴｅｆｉｌｍ ｗａｓｔｅｓｔｅｄ，ａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｄａｍａｇｅ ｌａｙｅｒＩｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄａｍａｇｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｐｒｏｃｅｓｓｈａｓｂｅｅｎｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｒｅｍｏｖｅｄａｆｔｅｒｔｈｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓｖａｌｕｅｈａｓｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｓｔａｂｌｅｖａｌｕｅ，ａｎｄｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄａｍａｇｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｐｏｌｉｓｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓＴｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄｎｏｔｏｎｌｙｃａｎｄｅｔｅｒｍｉｎｅｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｄａｍａｇｅｌａｙｅｒｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｒｅｍｏｖｅｄ，ｂｕｔａｌｓｏｈａｓｎｏｄａｍａｇｅｔｓ：ＨｇＣｄＴｅｆｉｌｍ；ｄａｍａｇｅｌａｙｅｒｄｅｐｔｈ；ｌｉｇｈｔｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ；ｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓ
分子束外延HgCdTe薄膜位错密度的研究
第20卷第5期 半 导 体 学 报 V o l.20,N o.5 1999年5月 CH I N ESE JOU RNAL O F SE M I CONDU CTOR S M ay,1999 分子束外延HgCdTe薄膜位错密度的研究3于梅芳 杨建荣 王善力 陈新强 乔怡敏 巫 艳 何 力(半导体薄膜材料研究中心及红外物理国家重点实验室 中国科学院上海技术物理研究所 上海 200083)韩培德(中国科学院北京电子显微镜实验室 北京 100080)摘要 本文报道在晶格失配GaA s衬底上分子束外延H gCdT e薄膜的位错密度研究结果.用位错腐蚀坑密度(EPD)、X射线双晶衍射以及透射电子显微镜方法,对CdT e缓冲层以及H gCdT e薄膜的位错密度、其纵向分布及与工艺条件的相关关系进行了评价、分析.研究发现退火可以有效地降低H gCdT e薄膜的位错密度.PACC:6855,8155G,6170A,6170G,81601 引言H gCdT e中的位错对红外探测器的性能有十分大的影响.理论与实验表明:贯穿p n结位错的存在导致隧道电流增大;位错作为少子复合中心具有电学活性[1,2],通过Shock ley2 R ead2H all(SRH)复合作用使材料的低温少子寿命大大降低,从而降低器件零偏结阻抗(R0A)、增大器件噪声,严重影响探测器性能[3].显然,降低位错密度是红外探测器材料制备技术中的关键问题之一.为了获得较低的位错密度,目前普遍采用与H gCdT e晶格匹配的CdZnT e单晶作为外延生长的衬底,其位错密度小于5×105c m-2[4].但是由于CdZnT e单晶制备的困难导致价格昂贵,高质量、大面积单晶难以获得以及与Si信号处理电路混成的热失配等问题,在Si异质衬底上外延生长H gCdT e薄膜是目前的发展方向[5].本项研究采用GaA s单晶作为外延H gCdT e的衬底,这是因为:GaA s单晶相对比较成熟,具有廉价、较高的晶体质量、大面积、表面处理技术成熟等特点;GaA s单晶与H gCdT e晶格失配较大(失配度为1416%),在 3国家自然科学基金(批准号69425002)以及中国科学院资助项目于梅芳 女,1949年出生,高级工程师,从事半导体材料与评价研究杨建荣 男,1958年出生,研究员,从事半导体材料与物理研究何 力 男,1957年出生,研究员,博士生导师,半导体材料与物理研究1997212230收到,1998205206定稿GaA s 衬底上生长H gCdT e 材料所获得的结果对下一步在失配度更大的Si 衬底外延具有直接的指导意义.常用化学选择腐蚀法直接显示材料中的位错腐蚀坑密度(EPD )[6,7],并在较大范围内观察其分布情况,在H gCdT e 位错密度以及位错对器件性能影响的研究中得到普遍采用[8].人们知道[9,10]高温热处理方法可以有效地降低H gCdT e 材料中的位错密度,但报道有限,特别是对200～250℃低温退火以及不同退火温度对位错密度在生长方向上(纵向)分布的影响等尚不清楚.本文报道我们采用EPD 方法对GaA s 衬底上外延CdT e 缓冲层、H gCdT e 薄膜的位错密度以及热处理的效果的研究结果.2 实验H gCdT e 薄膜的外延生长是在R iber 32P M B E 系统中,采用GaA s (211)B 衬底进行的.衬底位错密度为～104c m -2.生长H gCdT e 之前,在GaA s 衬底上生长了厚度为3～4Λm 的CdT e 缓冲层.为了研究缓冲层厚度对位错密度的影响,分别生长了不同厚度(2～6Λm )的CdT e 薄膜.H gCdT e 外延层厚度为10～15Λm .关于衬底制备以及薄膜的详细生长过程可参阅文献[11].为了研究热处理工艺对H gCdT e 薄膜位错的影响,在研究中,我们对生长后的H gCdT e 薄膜分别在100～250℃和400～490℃范围内的不同温度下进行10～72h 和5m in ～2h 的退火实验.用位错腐蚀坑密度(EPD )、X 射线双晶衍射以及透射电子显微镜(T E M )等方法对薄膜位错进行了研究.CdT e 和H gCdT e 的EPD 实验分别采用了(211)B 面腐蚀液:HNO 3∶H F ∶乳酸[12](Everson 腐蚀液)和HNO 3∶K 2C rO 7∶HC l ∶H 2O 标准位错腐蚀液[13](Chen 腐蚀液),再经015‰溴甲醇腐蚀2s ,甲醇漂洗.上述2种腐蚀液在国际上得到普遍的采用,也是比较各实验室材料位错密度的依据[14].为了进一步确认位错腐蚀的有效性,在研究中我们分别比较了文献中其他各种分别适用于CdT e 以及H gCdT e (211)的位错腐蚀液,并用体晶做腐蚀对比实验.这些腐蚀液包括E 2A g 腐蚀液[15],N akagaw a 腐蚀液[16],Schaake 腐蚀液[6],M odified Chen 腐蚀液[17],H aehnert 腐蚀液[18].晶体在[111]晶向的极性导致A 、B 面上腐蚀效果的差异,为了确认B 面腐蚀结果的有效性,我们用反向减薄(暴露A 面)技术对H gCdT e 外延层进行了A 、B 面EPD 比较实验.为了确定位错的纵向分布,我们对一些样品采用012%溴甲醇进行了不同深度的剥层腐蚀,然后在不同深度的剥层台阶上进行了EPD 腐蚀实验确定EPD 的深度分布.剥层深度用红外透射光谱[19]以及台阶仪测定.3 结果与讨论H gCdT e 外延层表面光亮.图1(见图版I )为H gCdT e 外延层的表面形貌照片.从图可见,在合适的生长条件下,外延层的表面无明显生长特征,在5018mm 薄膜上宏观缺陷密度典型值为200～300c m -2.值得指出:大量器件工艺研究表明,薄膜表面的宏观缺陷是器件杀手[20],必须通过优化生长工艺将它抑制到最小值.退火没有导致宏观缺陷密度的增加和表面形貌劣化.使用各种位错腐蚀液的显示效果实验发现这些腐蚀液与本研究采用的Everson 和9735期 于梅芳等: 分子束外延H gCdT e 薄膜位错密度的研究 Chen腐蚀液比较,显示的位错密度基本一致或者偏少.薄膜的A、B面腐蚀比较实验发现, A面腐蚀坑尺度较大,形状更为规则,但密度与B面结果基本一致.在体晶材料的位错腐蚀实验中观测到了亚晶界,层错等,而在本研究的所有外延CdT e以及H gCdT e中没有发现类似缺陷.以上结果确认了本研究采用的Everson和Chen腐蚀液的有效性.在CdT e表面的位错将会延伸到在其上生长的H gCdT e层中,直接影响H gCdT e晶体质量.为确定CdT e表面位错密度与外延层厚度的关系,我们对2～6Λm不同厚度的CdT e 外延层分别进行了EPD研究.实验发现,当厚度大于～3Λm后,表面EPD值降为1～2×106c m-2,不再随厚度的进一步增加而明显降低.图2(见图版I)为GaA s CdT e缓冲层 H gCdT e结构样品的T E M明场截面像,CdT e外延层厚度为3Λm.接近CdT e GaA s界面处可以观测到高密度的穿越位错,随着离开界面距离的增加位错密度逐渐下降,与EPD结果吻合.实验发现原生H gCdT e薄膜的位错密度较高,一般,EPD值为9×106～2×107c m-2.生长后的退火对降低位错密度有非常明显的效果.图3(a)和(b)(见图版I)分别为400℃高温图4 长波H gCdT e外延层表面EPD与退火温度的关系H gCdT e外延层厚度为～10Λm.退火后以及原生的H gCdT e表面EPD照片.图4为实验获得的H gCdT e表面EPD值与退火温度的关系.大量的实验结果统计表明:在～250℃温度低温退火后, EPD值可降低至原生值的～50%,典型值为4×106～6×106c m-2.～250℃低温、长时间(>24h)退火是获得N型H gCdT e材料的常规热处理条件,故此,了解该条件下位错密度的变化情况是十分必要的.在400℃以上的高温退火,薄膜的位错密度进一步降低,490℃退火后EPD值为2×106～3×106c m-2.退火对位错的影响可以解释为在热应力场作用下位错热运动所导致的湮灭、交合过程[21].特别在H gCdT e中由于汞空位的大量存在,位错和汞空位的相互作用降低了位错的热运动激活能[10],从而即使在250℃下的低温退火对降低位错密度仍有较大的效果.结果表明退火对改善晶体质量有明显效果,是一种降低H gCdT e位错的有效、简便方法.值得指出:没有观测到在同一退火温度下相应退火时间的不同与EPD在统计意义上的相关关系,Yam2aguch i等人[23]在GaA s Si系统上通过比较不同的退火温度周期实验,观测到类似结果.在特定温度下的一定时间范围内,位错密度的降低主要与热运动激活能,即退火温度相关.H gCdT e的X射线双晶衍射半峰宽(FW HM)经退火后有不同程度的减小.250℃退火获得的材料典型半峰宽值为70″～100″,在430℃退火则测得57″,与EPD结果吻合.研究H gCdT e外延层中位错密度的纵向分布情况对红外器件的应用有十分重要的意义.对光伏型红外探测器而言,外延层表面1～2Λm区域是探测器的PN结区和红外吸收区.在这个区域内,特别是在PN结区内的位错密度将直接影响器件性能.为了了解位错密度的纵向分布情况,我们对不同H g CdT e样品进行了剥层腐蚀实验.部分EPD结果如图5所示.由于CdT e H gCdT e晶格失配(0104%)以及CdT e缓冲层表面本身存在的位错(1×106～2×083 半 导 体 学 报 20卷图5 不同样品EPD 随纵向深度的变化关系横轴原点为H gCdT e 外延层表面.106c m -2),原生H gCdT e 在CdT e H gCdT e 界面处位错密度相对较高,随H gCdT e 生长厚度的不断增加位错密度不断下降至一相对稳定值.EPD腐蚀结果表明,位错密度在H gCdT e 表面最低,随H gCdT e 腐蚀深度的增加位错密度逐渐缓慢上升.经退火后,位错密度随深度的变化与原生薄膜相比有更加缓慢的上升趋势.其原因可能是由于热处理时位错热运动导致的位错湮灭、交合效果更为明显(位错湮灭、交合速率分别与位错密度和位错密度二次方成正比[23]),从而可能导致退火后的材料EPD 值随深度的变化关系与原生材料相比趋向于更加缓慢.以上结果表明材料高温退火降低位错密度的工艺对器件的应用有很高的实用价值.4 结论我们对在GaA s 衬底上M B E 生长的CdT e 缓冲层和H gCdT e 外延层的位错密度以及退火对降低位错密度的效果用EPD 方法进行了评价研究.当CdT e 缓冲层厚度大于3Λm 时,表面EPD 随厚度的下降基本达到稳定值1×106～2×106c m -2,CdT e 厚度的进一步增加对降低表面EPD 的影响不大.原生的H gCdT e 薄膜EPD 较高,约为107c m -2量级.研究发现,250℃低温退火可使EPD 降低～50%.在合适的高温退火条件下也可使EPD 降低约一个数量级.EPD 纵向腐蚀实验表明,位错密度在H gCdT e 表面最低,随离开表面的深度增加逐渐上升,退火使这种上升趋于更加缓慢.以上结果表明,热处理工艺是降低H gCdT e 位错密度十分有效、简单的手段,在器件应用上有实用价值.致谢 作者感谢上海技术物理研究所半导体薄膜材料研究中心方维政、杜美蓉、许颐璐、俞锦陛、于福聚对本项工作的技术支持.参考文献[1] J .H .T regilgas ,J .V ac .Sci .T echno l .,1982,21(1):208～211.[2] J .P .H irth ,H .Eh renreich ,J .V ac .Sci .T echno l .1985,A 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icroscopy,T he Ch inese A cad e my of S ciences,B eij ing 100080)R eceived30D ecem ber1997,revised m anuscri p t received6M ay1998Abstract T he resu lts of dislocati on den sity investigati on in H gCdT e ep ilayers grow n on lattice m is m atched GaA s by m o lecu lar beam ep itaxy are described.T he dislocati on den sity in CdT e buffer layers and H gCdT e ep ilayers,its dep th p rofile as w ell as the co rrelati on w ith the p rocess conditi on s are studied by u sing the standard etch2p its den sity(EPD)de2 tecti on techn ique,doub le X2ray diffracti on and tran s m issi on electron m icro scop y.It is found that a therm al annealing p rocess is very effective in reducing dislocati on s in H gCdT e.PACC:6855,8155G,6170A,6170G,8160。
HgCdTe红外探测器CdTe钝化蒸发生长改进
HgCdTe红外探测器CdTe钝化蒸发生长改进徐竟杰;陈兴国;周松敏;魏彦锋;林春;杨建荣【摘要】在液相外延生长(LPE)的碲镉汞(HgCdTe)外延薄膜(111)方向上蒸发生长碲化镉(CdTe)钝化层.在70 ～250℃范围内的各个不同的温度环境下进行碲化镉钝化膜的蒸发生长.根据需要,对各样本进行150～300℃各个温度下的后期退火处理.运用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、二次离子质谱(SIMS)、X射线衍射(XRD)观测技术表征碲化镉钝化膜的形貌结构、成分分布、晶体质量.结果表明,加热环境下蒸发生长碲化镉钝化膜可以消除常规蒸发生长中的柱状多晶结构,显著提高钝化品质；后期的退火处理还能进一步提高钝化膜质量.%CdTe surface passivation layers were deposited by evaporation on (111) liquid phase epitaxy (LPE) grown HgCdTe epilayers. The processes of CdTe layer deposition were carried out at different temperatures ranging from 70 ℃ to 250 ℃. Furthermore,prepared samples were annealed at a temperature range between 150℃ and 300℃. Scanning electron microscope ( SEM) and transmission electron microscope ( TEM) were used to evaluate the profile and structure of CdTe passivation layers. The compositional properties were surveyed by secondary ion mass spectroscopy ( SIMS). X-ray diffraction (XRD) characterized the crystal quality. The experimental results show that heating during the deposition process can eliminate the columnar and polycrystalline structure in course of general evaporation, and effectively improve the quality of CdTe passivation layers. The annealing treatment can provide further improvement.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2012(042)011【总页数】5页(P1263-1267)【关键词】碲化镉;碲镉汞;钝化;扫描电镜;透射电镜;二次离子质谱;X射线衍射【作者】徐竟杰;陈兴国;周松敏;魏彦锋;林春;杨建荣【作者单位】中国科学院上海技术物理研究所,红外成像材料与器件重点实验室,上海200083;中国科学院研究生院,北京100039;中国科学院上海技术物理研究所,红外成像材料与器件重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所,红外成像材料与器件重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所,红外成像材料与器件重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所,红外成像材料与器件重点实验室,上海200083;中国科学院上海技术物理研究所,红外成像材料与器件重点实验室,上海200083【正文语种】中文【中图分类】TN2151 引言HgCdTe材料能带可裁剪，吸收系数大、量子效率高，探测器件的响应速率高，工作温度高［1］，这些卓越性能使得HgCdTe成为红外焦平面探测器制造中一种非常重要而且常用的材料。
HgCdTe液相外延材料组分分布的红外透射光谱评价技术
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第２ ９卷 第 ３期 ２０ ０ ８年 ３月
半
导
HgCdTe液相外延材料缺陷研究的开题报告
HgCdTe液相外延材料缺陷研究的开题报告一、选题背景与意义近年来，随着半导体材料在电子、光电、通信、能源等领域的广泛应用，半导体材料的质量和性能越来越被关注。
HgCdTe 这种主要用于红外探测、成像等领域的半导体材料，由于具备优良的光电特性，唯一能够突破经典热辐射理论限制的优势，因此在军事、地质勘探、红外碳纤维等领域得到广泛应用。
其中，液相外延 (Liquid Phase Epitaxy, LPE) 是 HgCdTe 材料制备的主要方法之一。
但是，在 HgCdTe LPE 中，材料质量的改进还面临着诸多困难。
其中，晶体缺陷是影响材料光电性能的重要因素，会导致电子的复合、漂移混乱以及电阻率增加等一系列影响。
因此，深入研究 HgCdTe LPE 过程中导致晶体缺陷的机理及控制方法，才能在改进材料质量方面取得更好的效果。
二、研究内容和方法本课题主要研究 HgCdTe LPE 材料中晶体缺陷的成因及其对材料性能的影响，同时探究控制材料缺陷的方法。
具体研究内容包括：1. HgCdTe晶体的俯侧镶嵌缺陷 (planar slip defects) 的成因及对材料性能的影响。
2. 探究在 LPE 过程中，控制晶体生长速度与降低晶体缺陷发生率之间的关系。
3. 通过改变晶体生长的温度梯度、控制晶体表面张力等方法来降低晶体缺陷的产生率。
其中，采用 X 射线衍射、扫描电子显微镜等表征方法，研究 HgCdTe 材料的微观结构特性，同时通过控制 LPE 过程中的生长条件，在材料生长过程中追踪晶体缺陷的变化规律及产生机理，从而有效消除晶体缺陷产生的风险，达到提高材料质量的目的。
三、预期目标和意义本课题旨在研究 HgCdTe LPE 材料中晶体缺陷的机理及控制方法，通过改进材料制备过程，提高 HgCdTe 材料的质量和性能。
预期达到的目标包括：1. 研究和分析 HgCdTe LPE 材料中晶体缺陷的成因及其对材料性能的影响，为优化材料生长过程提供理论依据。
红外光谱法在高分子材料分析中的应用
各种化学结构不同的化合物都有它们特征的 红外吸收光谱图，尤如人的指纹一样，没有两个 是完全相同的。 同时，红外光谱图中的各条吸收带(谱带)都代 表化合物中某一原子团或基团的某种振动形式。 它们的振动频率(相应于谱图上出现的吸收谱带的 波数)和原于团或基团中的原子的质量大小和化学 键的强度大小直接有关。当然它们还间接地受邻 近结构和化学环境的影响不同而有所变动。
②内部因素 由于分子结构上的原因引起的变化
主要是诱导效应、共扼效应、氢键效应、耦合效应 等的影响。
2、影响谱图质量的因素
①仪器参数的影响光通量、增益、扫描次数等直接影响信噪 比，同时要根据不同的附件及测试要求及时进行必要的调 整，以得到满意的谱图。 ②环境的影响光谱中的吸收带并非都是由光谱本身产生的， 潮湿的空气、样品的污染、残留溶剂、由玛瑙研钵或玻璃 器皿所带入的二氧化硅、溴化钾压片时吸附的水等原因均 可产生附加的吸收带，故在光谱解析时应特别加以注意。
举例二： 天然蛋白质纤维包括羊毛、羊绒、驼毛、兔毛、牦 牛毛、牦牛绒、蚕丝等,情况比较复杂。但由于它们的 基本结构是蛋白质,含有酰胺键,而且在侧基上往往含有 甲基,因此它们在特征频率区的共同特点是： • 3300 cm-1有氨基(—N—H), • 1640 cm-1有羰基(—C O), • 2960 cm-1有甲基的伸缩振动特征峰。 由于蛋白质是由20种氨基酸组成的复杂结构,不同种 类的蛋白质纤维其组成中氨基酸种类、数量、排列顺序 以及立体结构都不相同,因此只能根据它们在指纹区的 特征,结合实践经验加以区别。
2、高分子材料制样技术
<1>溶液铸膜 高聚物溶液制备薄膜来测红外光谱的方法是应用 的比较广泛的。用这种方法制得的样品能全部光 谱区域内惊醒次梁，厚度比较均一，适合于定量 测定。 用于制备高聚物薄膜常用的一些溶剂在2-1表
Au掺杂HgCdTe材料的光电特性
第50卷第4期V〇1.50No.4红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2021年4月Apr.2021 A u掺杂H gC dT e材料的光电特性魏彦锋，孙权志，张娟，孙瑞贽(中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室，上海200083)摘要：A u掺杂是改善光伏型HgCdTe红外探测器性能的一种技术途径，通过A u掺杂来取代HgCdTe材料中的本征的H g空位，可以提高材料的少子寿命和少子扩散长度。
采用液相外延技术生 长了 A u掺杂的HgCdTe外延材料，A u的掺杂浓度为〜8x l〇15/cm3,通过富H g退火技术来抑制材料中 的H g空位，H g空位的浓度控制在l~2x l〇l5/cm33变温霍尔测试表明，退火材料中的受主杂质能级为 8〜12 meV,并且与退火条件相关。
采用A u掺杂材料和离子注入成结工艺制备了截止波长为14 pm的甚长波红外焦平面器件，测试结果显示，用A u掺杂取代H g空位摻杂，可以显著提高红外探测器的光 响应率，探测器的内量子效率可以达到95%以上。
关键词：HgCdTe液相外延；A u掺杂；少子^广散长度中图分类号：TN215 文献标志码：A DOI：10.3788/IRLA2020023IPhotoelectric characteristics of HgCdTe with Au-dopingWei Yanfeng,Sun Quanzhi,Zhang Juan,Sun Ruiyun(Key Laboratory of Infrared Image Materials and Devices, Shanghai Institute of Technical Physics,Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200083, China)Abstract: Au-doping is one of th e approaches to im prove th e perform ance of HgCdTe photovoltaic infrared detectors.The m inority-carrier lifetim e an d diffusion len gth in HgCdTe could be im proved by replacing th e intrinsic Hg-vacancy with th e doped Au.The Au-doping HgCdTe film s were grown by liquid phase epitaxy m ethod.The concentration of th e doped Au was about8xl015/cm3.A Hg-rich annealing technique was applied to suppress th e Hg vacancies in th e film and th e Hg-vacancy concentration of l-2><10,5/cm3could be achieved.The acceptor energy level in th e annealed m aterial was 8-12 meV m easured by th e tem perature dependent H all m ethod,which was related to th e annealing condition.The IR Focal Plane Array(IRFPA)of 14 pm cut-off wavelength was fabricated using th e com bination of Au-doping m aterial an d Ion-im planting technique.The results show th at th e replacem ent of Hg-vacancy with Au will greatly increase th e responsivity of th e detector and th e inner qu an tum efficiency of th e detector could exceed95%.Key words: liquid phase epitaxy of HgCdTe;Au-doping;diffusion len gth of m inority carrier收稿日期:2020-06-10;修订日期:202卜(H -0220200231-1第4期红外与激光工程第50卷〇引言三元合金碲镉汞(Hgl_v C d Je)是一种重要的红外 半导体材料，通过调节材料的Cd组分，HghCd/Te的响 应波段可以覆盖l~18nm的非常宽的范围。
碲镉汞(MCT)富汞液相外延技术综述
碲镉汞（MCT）富汞液相外延技术综述作者：毛旭峰宋林伟吴军张阳来源：《科技风》2019年第07期摘要：富汞LPE是唯一能以生长方式实现As掺杂并直接激活成受主的外延技术，可在富Te水平外延生长的外延薄膜之上生长出高组分厚度为1um-3um的 p型覆盖层（Cap层）形成p-on-n型组分梯度异质结构碲镉汞材料，实现碲镉汞p-on-n型组分梯度异质结构的优化设计生长。
从而优化碲镉汞探测器的性能，提高碲镉汞焦平面探测器的工作温度，降低组件的体积、重量和功耗，提高可靠性，为高性能红外热像仪的应用创造更多的领域。
关键词：碲镉汞（Hg1-x CdxTe，MCT）;富汞;垂直液相外延（VLPE）中图分类号：TN2131 绪论液相外延现今依然是制备碲镉汞外延薄膜的主流技术，围绕碲镉汞液相外延发展起来的工艺技术有很多、从母液上可以分为富碲、富汞;从工艺方式上分为水平推舟法、垂直浸渍法、倾舟法（图1）。
这些液相外延工艺方式都获得一定成功，如：Sofradir采用水平富碲推舟外延作为碲镉汞液相外延的主流技术，美国的DRS公司和德国的AIM公司一直坚持采用垂直富碲液相外延技术，英国的BAE[1]及美国Raythen公司[2]采用富汞垂直外延技術生产双层异质结构的第二代红外焦平面探测器。
水平富碲推舟工艺作为碲镉汞液相外延的主流生产技术.但是实际使用过程中水平推舟工艺存在一定的局限性，外延材料表面存在比较严重的波纹，薄膜表面平整度差;该工艺的产能较低，并难以保证不同批次的外延材料具有完全一致的性能;薄膜表面易产生母液粘连、擦伤等，以及薄膜生长完后与石墨舟粘连严重，取片时薄膜易损坏等。
[3]相比之下，富汞垂直外延工艺在这些方面具有更好的适应性其生长的薄膜不存在水平富碲外延常见的宏观生长波纹，薄膜表面平整度较好。
不存在薄膜表面母液粘连以及薄膜与石墨舟的粘连，薄膜有效利用面积大，且易实现多片大面积生长，产能高。
同批次材料片与片之间组分和厚度差异小等。
一般性问题
1、一般性问题TN032006010001遥控接收机模块的电磁兼容性结构设计/高学军(中国电子科技集团公司第54研究所)//无线电工程.―2005,35(5).―50～52.主要讨论遥控接收机单元模块电磁兼容性问题。
从电磁兼容的理论入手，进行了电磁屏蔽方面的分析，并给出了有效的解决方法。
同时针对如何提高遥控接收机系统的电磁兼容性，在结构方面给出了有关设计方法。
图3表1参3TN032006010002电子仪器PCB设计中EMC技术的应用/龚成龙，韩晓春，陈佳建(淮海工学院电子工程系)//电测与仪表.―2005,42(5).―32～36.以数码录音机设计为例，介绍应用PROTEL99SE软件进行PCB布板设计的方法，对P CB设计中的电磁兼容性、信号完整性和电源完整性、热设计以及静电放电防护等技术问题进行论述。
通过对应用EM78860微处理器、DL16521数字信号处理器进行数码设备设计过程的介绍，给出电子仪器产品PCB设计的优化建议。
图4表0参10TN032006010003无线电设备小功率肋型散热片的优化设计/高学军，姚东松(中国电子科技集团公司第54研究所)//无线电工程.―2005,35(4).―47～49.从工程角度，结合经验公式，对散热片的基本结构参数进行了分析。
讨论了齿厚、齿高、齿间距相互间的关系以及三者对散热片的影响。
提出了小功率散热器齿厚、齿高、齿间距等优化依据，并用计算机模拟的方法证明其正确性。
图3表3参2TN032006010004系统EMC预测分析中的RF接收机敏感度模型/曾小军，马文杰，高本庆(北京理工大学信息科学技术学院电子工程系)//无线电工程.―2005,35(3).―8～10.介绍一种在系统EMC预测分析中应用的RF接收机敏感度模型。
在对通用RF接收机系统响应两级模型分析的基础上，得到与干扰信号相关的接收机敏感度模型，并给出两个计算实例。
该模型既显示出了RF接收机对干扰信号的抗干扰性能，同时又能得到由干扰引起的RF接收机的降级特性。
材料表面润湿性和反射率对光学性能影响分析
材料表面润湿性和反射率对光学性能影响分析光学性能是评估材料的重要指标之一，在各个领域的应用中起着关键作用。
在光学器件和光学镜头设计中，材料的表面润湿性和反射率是两个重要的参数，这些参数会直接影响到光学性能的稳定性和可靠性。
因此，在光学材料的选择过程中，对材料表面润湿性和反射率的影响进行深入分析非常必要。
首先，材料的表面润湿性对光学性能有着重要的影响。
润湿性是指液体与固体表面接触时所展现的润湿能力。
材料的表面润湿性会影响光学器件与环境气体或液体之间的接触情况，进而影响光学性能的稳定性和传输效果。
材料表面的润湿性与液体在固体表面形成的薄膜厚度和结构相关，润湿性差的材料会导致光传输衰减和散射增加，从而降低光学器件的效率和清晰度。
因此，选择具有良好润湿性的材料将有助于提高光学器件的性能和质量。
其次，材料的反射率对光学性能也有着重要的影响。
反射率是指光在材料表面发生反射的程度，反射率高意味着光在材料表面上发生大量的反射现象，而不会被传输到材料内部。
材料的反射率直接关系到光学器件的透光率和光学图像的清晰度。
如果材料的反射率过高，将导致光学器件的光透射效果降低，透光率下降。
这将严重影响光学器件的实际应用效果，给图像采集和传输带来困扰。
因此，在选择光学材料时，需要根据实际需求，考虑材料的反射率，以确保光学器件具有较高的透过率和图像质量。
在光学器件的设计中，寻找具有良好润湿性和适当反射率的材料是非常重要的。
一方面，良好的润湿性有助于光学器件与周围环境的紧密结合，减少光的散射和传输损失，并提高光学性能的稳定性。
另一方面，适当的反射率能够有效控制光传输和透光率，提高光学器件的清晰度和成像效果。
因此，在材料的选择中，需要综合考虑润湿性和反射率两个参数，并结合实际应用需求进行权衡。
在光学材料的研究和开发中，探究提高表面润湿性和降低反射率的方法也是非常重要的。
一方面，可以通过改变材料表面的化学性质和物理结构，来优化材料的润湿性。
HgCdTe外延材料与器件光谱特性研究的开题报告
HgCdTe外延材料与器件光谱特性研究的开题报告一、研究背景与意义HgCdTe是一种重要的半导体材料，具有优异的光电性能，在红外光谱范围内具有很高的响应灵敏度，已被广泛应用于光子学、红外探测器、光电子学、弱信号检测等领域。
其中，HgCdTe外延材料作为光电器件的重要组成部分，其光谱特性对器件性能有着重要的影响。
因此，对HgCdTe外延材料的光谱特性进行深入研究，对于光电器件的研制和应用有着至关重要的意义。
二、研究内容和方法本研究旨在系统研究HgCdTe外延材料的光谱特性，并探究其与器件性能的关系。
具体研究内容包括：1. HgCdTe外延材料的结构和成分分析：采用X射线衍射仪、扫描电镜等手段对外延材料进行结构和成分的分析，为后续光谱特性研究提供基础数据支撑。
2. HgCdTe外延材料的光谱响应特性研究：采用激光光电子发射谱仪、拉曼光谱仪等手段研究外延材料在不同波长下的反射率、吸收率、发射率等光谱响应特性。
3. HgCdTe外延材料的光谱响应特性与器件性能的关系研究：采用红外探测器、光电子放大器等器件对外延材料进行性能测试，分析光谱特性与器件性能的关系。
研究方法主要包括实验方法和理论分析方法。
实验方法主要采用常规的材料分析测试方法和器件测试方法，理论分析方法主要采用计算机模拟和数学分析等方法。
三、预期成果1.获得HgCdTe外延材料的结构和成分分布特点，为后续的光谱特性研究提供基础数据支撑。
2.系统研究HgCdTe外延材料的光谱响应特性，探究其在不同波长下的反射率、吸收率、发射率等光谱响应特性。
3.探究HgCdTe外延材料的光谱响应特性与器件性能的关系，为光电器件的研制和应用提供理论依据和实验数据支撑。
四、进度安排第一年（1-12月）：收集和整理文献资料；完成外延材料的结构和成分分析；开展外延材料的光谱响应特性研究，并初步探究光谱响应特性与器件性能的关系。
第二年（1-12月）：进一步深入研究外延材料的光谱特性，探究其在不同波长下的光谱响应特性，并进一步分析光谱响应特性与器件性能的关系。
非晶硅薄膜厚度均匀性对其透射光谱的影响
非晶硅薄膜厚度均匀性对其透射光谱的影响非晶硅薄膜是一种重要的光电材料，在廉价太阳能电池、薄膜场效应管和光敏器件中都有广泛的应用．通过测量透射光谱，人们可以获得折射率、色散关系、膜厚以及光学能隙这些重要的光学参量．但在测量时，我们注意到样品由于制备条件的限制，厚度难以保证理想均匀，而且考虑到光衍射、仪器灵敏度等方面的原因，采用的光栏或狭缝一般不会太细，有一定的照射面积．因此在分析薄膜的透射谱时，应该顾及膜厚均匀性的影响．已有文献报道在利用光透射谱或反射谱测定膜厚和吸收时考虑到这个问题，并提出了合理的解决方法来测定薄膜正确的光学参量。
计算过程介绍：
结论：
综上所述，薄膜厚度的均匀性严重影响着光透射谱的形状，使它与均匀厚度样品的透射谱有较大差异，主要发生在薄膜的无吸收区和弱吸收区，对强吸收区影响不大．这种差异表现在峰一峰值变小和振荡周期畸变上，随着厚度不均匀度增大而越加明显，但是减小照射面积可有效地降低这种影响．
参考文献：
陈冶明．非晶半导体材料和器件EM]．北京：科学出版社，1991．166～415．
Ying Xuantong，Feldman A ，Farabaugh E N．Fitting of tranmission data for determining the optical constants and thicknesses of opticalfilmsEJ']．J．App1．Phys．，1990，67(4)：2056．。
红外探测器生产工艺流程
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HgCdTe表面界面光电特性研究的开题报告
HgCdTe表面界面光电特性研究的开题报告一、研究背景和意义HgCdTe是一种重要的红外材料，具有良好的光电特性，被广泛应用于夜视仪、制导系统、红外测温等领域。
然而，在实际的应用中，HgCdTe材料表面界面处所产生的电荷传输和反射等现象对其光电特性有着不可忽略的影响。
因此，深入研究HgCdTe表面界面光电特性，对进一步提高HgCdTe材料的光电性能，推动其在红外领域的应用具有重要意义。
二、研究内容和方法本研究将重点探究HgCdTe材料表面界面光电特性的影响因素和机制，并通过实验手段对其光电响应、电荷传输和反射率等关键性能进行测试与分析。
具体研究内容如下：（1）HgCdTe表面界面结构和成分分析。
选择常用的表面处理方法，如氧化、腐蚀等，采用SEM、XRD等材料表征手段对其表面界面结构与成分进行定性和定量研究。
（2）HgCdTe表面界面光学特性测试与分析。
利用反射率光谱、自由载流子吸收光谱等手段，对其表面界面处的反射率、吸收率等光学特性进行测试与分析。
（3）HgCdTe表面界面光电性能测试与分析。
采用光电流谱、暗电流谱等手段，对HgCdTe材料表面界面的光电响应、电荷传输效率等性能进行测试与分析。
三、预期研究结果通过对HgCdTe材料表面界面光电特性的研究，我们将得到以下预期结果：（1）明确HgCdTe材料表面界面结构和成分对光电性能的影响机制。
（2）揭示HgCdTe表面界面处的反射、吸收等光学特性变化规律，并探讨其对材料光电性能的影响。
（3）详细研究HgCdTe表面界面处电荷传输速率、载流子寿命、能带结构等关键光电性能参数，并结合实验数据进行分析研究。
综上，本研究将为深入理解HgCdTe材料表面界面光电特性提供新的途径和手段，为该类材料的光电性能提升和应用提供技术支持和理论指导。
碲镉汞液相外延石墨舟的温度场均匀性改善
碲镉汞液相外延石墨舟的温度场均匀性改善陆骏;李东升;木胜;万志远;朱辉;薄俊祥;杨岸;黄元晋;王志斌【摘要】对碲镉汞液相外延(Liquid phase epitaxy,LPE)石墨舟进行了数值模拟,计算了石墨舟温度场分布.通过在母液周围加入石英框,分析其对温度场的影响,得到了石英框壁厚与温度分布的关系.模拟发现,在母液周围加入石英框结构,可以提高外延生长界面温度场均匀性.最后,将分析结果与实验相结合,进行实验验证,成功降低了边界效应对碲镉汞薄膜的影响,外延生长出厚度极差?δ为1.4μm、组分极差?x不超过0.002的长波碲镉汞薄膜.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2019(041)004【总页数】6页(P299-304)【关键词】石墨舟;温度场均匀性;碲镉汞;LPE【作者】陆骏;李东升;木胜;万志远;朱辉;薄俊祥;杨岸;黄元晋;王志斌【作者单位】昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明 650223;昆明物理研究所,云南昆明650223【正文语种】中文【中图分类】TN304.2;O484.1碲镉汞作为一种重要的窄禁带半导体材料，因其优良的光学性能、电学性能，以及禁带可调等特点，成为目前高速、高分辨率和高光谱红外探测领域最为常用的红外材料之一[1-2]。
水平滑舟式液相外延具有变化组分容易、组分及厚度控制能力强和可重复性好等优势，是一种研制和生产碲镉汞薄膜材料有效且成熟的方法[3-4]。
水平滑舟式液相外延过程发生在石墨舟内，图1是石墨舟装置示意图。
水平滑舟式碲镉汞液相外延基本过程是：先将精确称量的碲镉汞母液放于石墨舟的母液槽中，将石墨舟加热至母液结晶温度以上30℃，待母液熔融并均匀化后，再降温至结晶温度附近，滑动石墨舟滑块使衬底移至母液下方，然后以一定速率降温使母液过冷，即可实现薄膜的外延生长。
一种用于检测薄膜均匀性的光谱方法
一种用于检测薄膜均匀性的光谱方法
姬弘桢;邹娟娟
【期刊名称】《红外》
【年(卷),期】2011(32)8
【摘要】介绍了一种新的简单有效的薄膜均匀性信息获取方法,该方法基于我们先前提出的纳米薄膜厚度精确测量方法,它通过检测镀制在含有过渡层的衬底上不同位置的薄膜的光谱,并由其干涉峰间的差异获取薄膜的均匀性信息.与传统方法相比,该方法无需直接测量薄膜的厚度,减少了测量膜厚带来的误差和影响,因而可以快速得出薄膜均匀性结论.该方法操作方便、计算简单,为改进镀膜工艺提供了重要参考.【总页数】7页(P1-7)
【作者】姬弘桢;邹娟娟
【作者单位】中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室,上
海,200083;中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室,上海,200083【正文语种】中文
【中图分类】O484
【相关文献】
1.一种用于自然辐射冷却的光谱选择性透过薄膜 [J], 陈非力;刘晓国
2.柔性光学聚酰亚胺薄膜折射率均匀性检测方法 [J], 王松;杨伟;吴时彬;任戈
3.一种适用于在线检测的纳米薄膜厚度精确测量方法 [J], 姬弘桢;邹娟娟;崔宝双
4.应用于薄膜透光均匀性检测的锁相电路设计 [J], 高忠坚; 张锐戈; 饶连周; 郑华
5.液相外延HgCdTe薄膜组分均匀性对红外透射光谱的影响 [J], 王庆学;魏彦锋;杨建荣;何力
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光电薄膜技术与应用
《光电薄膜技术与应用》在这一学期里，学习了很多光电薄膜技术的知识，收益良多，同时这些知识也为我以后的进一步学习和发展打好了坚实的基础。
下面我将说一下自己对液相外延技术的了解。
液相外延简称LPE，是一种从过冷饱和溶液中析出固相物质并沉积在单晶衬底上生成单晶薄膜的方法。
其中，薄膜材料和衬底材料相同的称为同质外延，反之称为异质外延。
许多微波、激光、太阳能电池、霍尔器件等所需材料均可采用LPE方法制备。
液相外延生长晶体的驱动力是溶液的过饱和度。
当衬底与溶液接触时，若溶液处于过饱和状态，则会有溶质从溶液中析出。
当条件适宜时，析出的溶质就会在衬底上生长出外延层。
使溶液形成过饱和的方法很多，在化合物半导体液相外延工艺中常用降温（瞬态生长）或形成温差（稳态生长）来实现溶液过饱和。
瞬态LPE在每次开始操作时衬底与溶液不接触。
瞬态生长可以通过4种方泫进行溶液冷却，即平衡冷却、过冷、步冷和两相溶液冷却法。
稳态LPE 也叫做温度梯度外延生长，让源片和衬底处于溶液的两端，利用低温衬底与高温源片之间的温度差造成的浓度梯度来实现溶质的外延生长。
这种方法可以生长组分均匀的厚外延层。
但是由于溶液对流引起的溶质浓度发生变化，会使外延层厚度不均匀。
液相外延生长方法和设备系统：液相外延可分为倾斜法、浸渍法和滑舟法三种。
倾斜法是在即将开始生长前，让石英管内的石英舟向某一方向倾斜，使溶液浸没衬底，开始外延生长；浸渍法是在生长开始前，将溶液装在坩锅中，而将衬底固定在位于溶液上方的衬底夹上，衬底夹可以上下移动；滑舟法是指外延生长过程在具有多个溶液槽的滑动石墨舟内进行。
根据生长方法的不同，LPE生长系统一般可以分为卧式和立式两种。
其中倾斜法和滑舟法采用的是卧式系统；而浸渍法采用的是立式系统。
即一共分为水平倾斜管系统、多层膜用的滑动舟系统和挤压式滑动舟系统。
水平倾斜管系统：它主要由帽盖、热电偶、衬底、舟、管炉等组成。
在生长前炉子不倾斜，石英舟内的溶液和衬底互不接触；生长过程中，炉子倾斜到一定角度，使衬底浸没在溶液中缓慢降低系统温度开始LPE；当所生长的外延层厚度达到要求后，将炉子恢复到原来的位置，使衬底与溶液分离，停止生长。
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ν 2005 中国电子学会
第5期
王庆学等 : 液相外延 HgCd Te 薄膜组分均匀性对红外透射光谱的影响
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其中 E0+, t和 E0-, t 分别为在入射介质中平行于界面
的入射和反射电磁场矢量 ;
和 E+ m + 1/ m , t
分别 E m + 1/ m , t
为出射介质中平行于界面的出射和反射电磁场矢
CdZn Te 外延薄膜的纵向组分分布 ,其他的参数分 别为Δz = 0 , d = 15μm , xs = 01 215. 图 3 ( b) 是分别与 图 3 (a) 所对应的理论透射光谱. 可以看出 ,组分梯 度主要影响透射光谱的吸收边 ,对干涉条纹几乎没 有影响. 随组分梯度的增加 ,透射光谱的吸收边向高 波数移动 ,并且透射光谱的吸收边的斜率减小.
2 理论模型
对于具有组分梯度的 HgCd Te 薄膜 ,采用多层
模型计算红外透射光谱 ,假定每层具有相同的组分
和光学常数. 对于 m 层的模系 ,由多层模型和膜系
传递矩阵理论可以得到[6 ] ,
E+ 0,t
E+ m+1/ m , t
=M
(1)
E0,t
Em+1/ m , t
3 国家自然科学基金委创新研究群体科学基金资助项目 (批准号 :60221502) 王庆学 男 ,1977 年出生 ,博士研究生 ,主要从事 HgCd Te 半导体材料的表征. 2004206201 收到 ,2004208211 定稿
HgCd Te 外延薄膜是发展高性能红外焦平面器 件的基础 ,材料组分均匀性是评价 HgCd Te 外延薄 膜特性的基本参数[1] . 由于材料本身和工艺因素等 原因 , HgCd Te 外延薄膜存在横向组分波动和纵向 组分梯度 ,横向组分波动将影响光敏元的均匀性 ,而 纵向组分梯度将导致外延薄膜存在内建电场. 研究 发现适当的组分梯度有利于少数载流子向结区扩 散 ,然而过大的组分梯度将影响探测器的截至波长 、 稳定性 、噪声以及探测率等[2] . 因此 ,采用适当的测 量方法评价 HgCd Te 外延薄膜的组分均匀性 , 对 HgCd Te 外延薄膜的生长及 HgCd Te 探测器的制 备都具有重要的意义. 目前 , HgCd Te 外延薄膜组分 的测量方法主要有红外透射光谱 、SIMS、EDS 及光 反射等[3] ,其中红外透射光谱由于具有非接触 、非破 坏性等特点 ,已成为 HgCd Te 外延薄膜常规的测试 和评价手段. Ho ugen 和 Ro senfeld 均建立了各自的 HgCd Te 液相外延薄膜组分分布模型 ,通过拟合红 外透射谱给出了该材料纵向组分分布 ;刘坤在拟合
(中国科学院上海技术物理研究所 半导体材料与器件研究中心 , 上海 200083)
摘要 : 用多层模型和膜系传递矩阵计算了 HgCd Te/ CdZn Te 外延薄膜的红外透射光谱 ,结果表明组分扩散区主要 影响透射光谱的干涉条纹和透射率小于 10 %的区域 ,而组分梯度区则影响吸收边斜率. 横向组分波动也将影响透 射光谱的吸收边斜率 ,当组分均方差小于 01 005 时 ,横向组分波动对透射光谱影响可以忽略. 用新的组分分布模型 计算了 HgCd Te/ CdZn Te 液相外延薄膜的理论透射光谱 ,并运用非线性二乘法使理论曲线能够很好地与实验结果 吻合 ,从而获得了更加可信的 HgCd Te 外延薄膜的纵向组分分布和厚度参数.
关键词 : 多层模型 ; 膜系传递矩阵 ; HgCd Te 外延薄膜 ; 纵向组分分布 ; 横向组分波动 PACC : 5270 K; 7280 E ; 7360 F 中图分类号 : TN04 文献标识码 : A 文章编号 : 025324177 (2005) 0520904206
1 引言
x ( z) = xs + s ( d - z) + (1 - xs - sd) (1 - (erf (Δ2 zz) ) 3 ) (15)
式中 x ( z) 为距界面为 z 处的组分 ; xs , d , s 和 Δz 分别为外延层的表面组分 、厚度 、组分梯度以及扩散 区的厚度. 由于组分扩散通常能够用误差函数很好 地描述 ,因此该模型中的组分扩散区也表示为与误 差函数有关的参量.
N = n - jk
(5)
式中 n 为折射率 ; k 为消光系数.
对于 S 偏振 ,
ηS = Nco sθ
(6)
U k 为位相矩阵 ,
e xp jδk
0
Uk =
0
expj ( - δk )
(7)
其中 δ为光程差 ,它与折射率和厚度的关系为 ,
δ=
2πN dco sθ λ
(8)
由 (1) ～ (8) 式可以求出多层膜总的反射率 (适用于
数. 运用上述的理论模型所计算的具有不同横向组
分均方差的理论红外透射光谱见图 4. 理论计算时 ,
该外延薄膜的纵向组分分布的各个参数分别为 s = 16cm - 1 ,Δz = 21 0μm , d = 15μm 和 xs = 01 215. 从图
第5期
王庆学等 : 液相外延 HgCd Te 薄膜组分均匀性对红外透射光谱的影响
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半 导 体 学 报
第 26 卷
HgCd Te 外延薄膜的组分扩散区和组分梯度区 由于具有不同的组分梯度 ,因而对红外透射光谱产 生不同的影响. 图 2 为 HgCd Te/ CdZn Te 外延薄膜 组分扩散区厚度对透射光谱的影响. 图 2 (a) 为具有 不同的组分扩散区厚度的纵向组分梯度 ,其他参数 分别为 s = 0 , d = 15μm , xs = 01 215. 图 2 ( b) 为分别 对应于图 2 (a) 中的组分梯度 ,运用上述的多层模型 和膜系传递矩阵计算的理论透射光谱 ,入射角度为 0°的正入射. HgCd Te 的折射率和吸收系数分别与 组分和波长的关系取自文献[ 3 ] . 消光系数可以由吸 收系数 ( k =αλ/ 4π) 求出. 由图可以看出 ,扩散区主要 影响干涉条纹和透射率小于 10 %的区域 ,对透射光 谱的其他部分影响很小. 组分扩散区将导致红外透 射光谱干涉条纹的振幅随波数的增加而梯度减小 , 并且组分扩散区的厚度越大 ,该透射光谱干涉条纹 的振幅随波数增加而梯度减小的幅度增加. 同时 ,组 分扩散区厚度的增加也使透射光谱尾部的斜率减 小.
P 和 S 偏振) ,
RS ,P =
E0,t
E+ 0,t
2
=
M21 2 M11
(9)
对于 P 偏振 ,多层膜总的透射率为 :
TP =
N m+1 co sθ0 N 0 co sθm+1
12 M11
(10)
θ0 和θm + 1 分别为入射角和出射角. 而对于 S 偏振 ,
多层膜总的透射率为 ,
TS =
N m+1 co sθm+1 N0 co sθ0
HgCd Te 外延薄膜红外透射谱时考虑了横向组分波 动的影响 ,然而他们仅拟合了红外透射谱的本征吸 收边 ,忽略了薄膜的干涉效应[4 ,5] . 我们在研究中发 现 ,如 果 考 虑 薄 膜 干 涉 效 应 , 采 用 Ho ugen 和 Ro senfeld 的组分分布模型均并不能很好地拟合实 验结果. 因此 ,本文对现有组分分布模型进行了修 正,并采用多层模型和膜系传递矩阵计算了 HgCd Te 外延薄膜的理论透射光谱 ,从理论上研究 了组分梯度和组分横向波动对透射光谱的影响 ,最 后用新建立的组分分布模型拟合了具有 HgCd Te/ CdZn Te 结构的红外透射光谱 ,并获得了 HgCd Te 液相外延薄膜的纵向组分分布.
图 3 组分梯度区对红外透射光谱的影响 Fig. 3 Effect of compo sitional gradient s on inf rared t ransmissio n spect ro scopy
3. 2 横向组分波动
刘坤等人证实 HgCd Te 体材料和外延薄膜的 横向组分波动均符合正态分布[5] ,即 :
第 26 卷 第 5 期 2005 年 5 月
半 导 体 学 报
C H IN ESE J OU RNAL O F SEMICONDUC TORS
Vol. 26 No . 5 May ,2005
液相外延 HgCdTe 薄膜组分均匀性 对红外透射光谱的影响 3
王庆学 魏彦锋 杨建荣 何 力
f ( x) = (1/ 2πσ) exp ( - ( x - μ) 2 / 2σ2 ) (16) 其中 μ为组分平均值 ;σ为反映组分离散性的均方
差. 具有横向组分波动的 HgCd Te 材料的吸收系数
为,
∫x +2σ
α = average
α( x) f ( x) d x
x - 2σ
(17)
其中 α( x) 是组分为 x 的 HgCd Te 材料的吸收系
量 ; M 为膜系传递矩阵 ,M=m∏Vk
1 -1
V
k
U
k
V
-1 m
V
m
+1
=
k =1
M11 M12 M21 M22
(2) Vk 为导纳矩阵 ,表达式为 :
11
Vk = ηk - ηk
(3)
V
k
1
为
Vk
的逆矩阵
,η为光学导纳.
对于 P 偏振
ηP
=
N
co sθ
(4)
式中 θ为入射角 ; N 为复数折射率 ,
图 2 组分扩散区对红外透射光谱的影响 Fig. 2 Effect of co mpo sitional diff usion widt h on in2 f rared t ransmission spect ro scopy