碲镉汞分子束外延材料生长工序简介
基于硅衬底分子束外延碲镉汞
基于硅衬底分子束外延碲镉汞百度文库文档：基于硅衬底分子束外延碲镉汞硅衬底分子束外延（MBE）是一种常用的材料生长技术，它通过在材料表面逐层沉积原子、分子或离子，实现了对材料薄膜的精确控制。
碲镉汞（CdHgTe）是一种具有广泛应用前景的半导体材料，它在红外波段的光电传感、激光器、太赫兹探测等领域具有重要地位和应用价值。
本文将介绍基于硅衬底分子束外延的碲镉汞生长技术及其特点。
硅衬底分子束外延碲镉汞的生长过程主要包括表面清洗、薄膜生长和后续工艺等步骤。
首先，需要对硅衬底进行表面清洗，以去除表面的杂质和氧化物。
常用的清洗方法包括化学溶液浸泡、超声波清洗和高温退火处理等，能够有效提高表面的质量和纯度。
接下来是薄膜生长的过程，通过分子束外延技术，在预设的条件下将碲镉汞蒸发源加热至适宜温度，产生蒸发的碲镉汞原子、分子或离子束流，使其沉积在硅衬底表面上。
这一过程需要精确控制沉积速率、温度和压力等参数，以获取所需的碲镉汞薄膜结构和性质。
同时，对于复合结构的薄膜，需要调控镉和汞元素的比例，以实现所需的能带结构和波长响应。
在薄膜生长完成后，还需要进行后续工艺，包括热退火、传感器器件制备等步骤。
热退火可以提高薄膜的晶体结构和光电性能，同时，还能够去除薄膜中的缺陷和应力。
传感器器件制备主要包括光刻、蚀刻、金属沉积等工艺，用于制备红外探测器件、太赫兹发射器等应用。
基于硅衬底分子束外延的碲镉汞技术具有一些独特的优势。
首先，硅衬底作为一种常见的单晶材料，具有良好的晶体质量和机械性能，能够提供稳定的基底支撑和界面匹配。
其次，分子束外延技术具有较高的生长速率和较低的晶体缺陷密度，能够获得高质量的碲镉汞薄膜。
此外，硅衬底还具有较好的热导性能和尺寸可控性，适合用于集成电路化和器件微缩化。
综上所述，基于硅衬底分子束外延的碲镉汞技术是一种重要的光电材料制备技术，具有广泛的应用前景。
通过精确控制生长过程和后续工艺，可以获得高质量的碲镉汞薄膜，用于红外传感器、太赫兹器件等领域的研究与应用。
分子束外延碲镉汞薄膜的砷掺杂技术
分子束外延碲镉汞薄膜的砷掺杂技术覃钢;李东升【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2015(37)10【摘要】The group V element arsenic is applied widely in extrinsic p-type doping HgCdTe for its low diffusion coefficient, and it has obvious superiority on the application of p-on-n high performance detectors and dual-band or multi-band detectors. This paper introduced the basic theory of As-doped HgCdTe thin film growth techniques by MBE, as well as the advantages and disadvantages of each were compared. It also analyzed the impurity doping form, the annealing technique of impurity activation and the activation rate. The suggestion has been proposed, which is about application in the third generation device that demonstrates a multilayer with As-doped by MBE.%Ⅴ族元素 As 在碲镉汞中具有较小的扩散系数，在非本征 p 型掺杂中得到广泛应用，在 p-on-n型高性能探测器及双色或多色探测器应用方面优势明显。
对分子束外延掺 As 碲镉汞薄膜的几种生长技术的基本原理进行了简单介绍，并对各方法存在的优缺点进行了对比分析；同时对 As 杂质在碲镉汞材料中的掺杂形态、杂质激活退火工艺及杂质激活率等进行了总结分析。
碲镉汞薄膜
碲镉汞薄膜碲镉汞（CdTe）薄膜是一种半导体材料，具有广泛的应用领域，尤其在太阳能电池领域表现出了巨大的潜力。
本文将介绍碲镉汞薄膜的制备方法、性质以及在太阳能电池中的应用。
一、碲镉汞薄膜的制备方法碲镉汞薄膜可以通过多种方法进行制备，其中最常用的方法是物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。
1. 物理气相沉积（PVD）：物理气相沉积是一种将源材料直接转化为薄膜的方法。
在碲镉汞薄膜的制备中，常用的物理气相沉积方法包括热蒸发法和分子束外延（MBE）法。
热蒸发法是将碲镉汞源材料加热到高温，使其蒸发并在衬底表面沉积形成薄膜。
分子束外延法则是通过使用高能束流在衬底表面上逐层生长碲镉汞薄膜。
2. 化学气相沉积（CVD）：化学气相沉积是一种利用化学反应在衬底表面上形成薄膜的方法。
碲镉汞薄膜的化学气相沉积通常采用气相前驱体，如碲气（TeH4）、镉气（CdH2）和汞气（Hg）等。
这些气相前驱体在高温下分解并反应，生成碲镉汞薄膜。
二、碲镉汞薄膜的性质碲镉汞薄膜具有许多优异的性质，使其成为太阳能电池等应用领域的理想材料之一。
1. 光吸收性能：碲镉汞薄膜在可见光和近红外光谱范围内具有较高的吸收系数，能够有效地吸收太阳光，并将其转化为电能。
2. 直接能隙：碲镉汞薄膜具有适中的直接能隙，约为1.5电子伏特（eV），使其能够吸收大部分太阳光谱范围内的能量。
3. 载流子迁移率：碲镉汞薄膜中的电子和空穴具有较高的迁移率，有利于电荷的输运和收集，提高太阳能电池的效率。
4. 稳定性：碲镉汞薄膜在长时间的照射和高温环境下表现出良好的稳定性，能够保持其光电性能的稳定。
三、碲镉汞薄膜在太阳能电池中的应用碲镉汞薄膜由于其优异的光电性能，已成为太阳能电池领域的重要材料之一。
1. 薄膜太阳能电池：碲镉汞薄膜可以用作薄膜太阳能电池的吸收层材料。
在碲镉汞薄膜太阳能电池中，碲镉汞薄膜作为光电转换层，吸收太阳光并将其转化为电能。
碲镉汞薄膜太阳能电池具有较高的效率和较低的制造成本，因此在商业应用中得到广泛采用。
Si基碲镉汞分子束外延工艺优化研究
ｗａ ｅ ｒ ａ ｅ ． ｈ Ｗ ＨＭ ｎ Ｐ ｆＨｇ ｄ ｅ ｗ ｆｒａ ｅ ａ ｏ ｔ ０ ７ ａ ｃ ｅ ｎ ｓｄ ｃｅ ｓｄ Ｔ ｅＦ ａ ｄ Ｅ Ｄ ｏ Ｃ Ｔ ａｅ ｒ ｂ ｕ ． ２ ｒ ｓ ｃ ａ ｄ １×１ ’ｃ 一 ａ ｈ ｈ ｃ ｆ ｍ ９ ０ ｍ ｔ ｅ ｔ ｉｋ ｏ ｔ ８
ＷＡ Ｇ Ｊ ｇｗ ｉＧ Ｎ ｅ ｇ ＬＵ Ｍｉｇ Ｑ Ａ Ｇ Ｙ ， Ｈ Ｎ ， Ｈ Ｕ Ｌ—ｉｇ Ｎ ｉ — ｅ， Ｏ Ｇ Ｆ ｎ ， Ｉ ｎ ， Ｉ Ｎ ｕ Ｃ Ａ Ｇ ＭｉＺ Ｏ ｉ ｎ ｎ ｑ
（ ｏ ｈＣ ｉａＲ ｓａｃ ｓｔｔ ｏ ｌｃ ｏｏｔ ｓＢ ｉｎ ０ ０ ５ Ｃ ｉ ） Ｎ ｒ ｈｎ ｅｅｒｈＩ ｔｕ ｆ ｅｔ ・ｐｉ ，ｅ ｉｇ１０ １ ，ｈｎ ｔ ｎｉｅ Ｅ ｒ ｃ ｊ ａ
电子衍 射（ Ｈ Ｅ 、 温计 的在 线测 量建 立和优 化 了 ３ｉ ｓ 基 碲 镉汞 生长 温度 曲线 ； 过 二 Ｒ Ｅ Ｄ） 高 ｉ ｎ 通 次缓冲层的生长进一步降低 了界面能， 获得的 ｓ 基 Ｈ Ｃ Ｔ 材料在 ８ ｉ ｇ ｄｅ ｍ 的厚度下半峰宽达到 ９ ．２ａｃｅ ， 生片位 错 密度 （ Ｐ 小 于 １×１ ｃ ０ ７ ｒｓｃ 原 Ｅ Ｄ） ０ ｍ～； 采用 此 材料 成 功 制备 出 了高性 能 的 中
第４ ２卷 第 １ ０期
２１ ０ ２年 １ ０月
激 光 与 红 外
Ｉ ＳＥＲ ＆ Ｉ Ａ ＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖｏ ． ２， １ ４ Ｎｏ． ０ １ Ｏｃ ｏ ｅ ， ０１ ｔｂ ｒ２ ２
文章编号： ０ － ７ （０２ １－１１ ４ １ １ ０８ ２１ ）０１６ － ０ ５ ０
・红外材 料 与器件 ・
１ 引 言
平 整度 ， 现 了器件 工艺过 程 中 良好 的兼 容 匹配性 ； 实
分子束外延碲镉汞薄膜的砷掺杂技术
红 外材 料［ 卜 。 碲镉 汞 是一种 具有 闪锌 矿 结构 、 禁 带 宽 度 连续 可 调 、直接 带 隙的三元 化合 物半 导体 。通 过 改 变 其 组分 值 ， 可使其 禁带 宽度 满足 １ ～３ ｍ、 ３ ～５ ｍ 和 ８ ～１ ４ ｕ ｍ 三 个大气 窗 口的红 外探 测 。 目前 ，碲镉 汞 红 外探 测器 正朝着 大面 阵 、多波 段 、高性 能 、低成 本方 向的第三代 红外 器件 发展 Ｌ ｌ Ｊ 。 碲 镉 汞 Ｐ型 可分 为本征 的 Ｈ ｇ空位 Ｐ型和 非本 征 掺杂 Ｐ型 。 其中 Ｈ ｇ空位在 禁带 中存 在受主 型 浅能级 、 深 能级和 陷阱能级 ， 深 能级 为产生 ． 复 合重心 ， 陷 阱能
Ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｇ ｇ ｅ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｈｉ ｔ ｒ ｄ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｔ ｈａ ｔ
ｄ ｅ ｍｏ ｎｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ａ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ａ ｙｅ ｒ ｗｉ ｈ ｔ Ａｓ — ｄ ｏ ｐｅ ｄ ｂ ｙ Ｍ ＢＥ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｍ ＢＥ， Ｈｇ ｌ — ｘ Ｃ Ｔ ｅ ， Ａｓ — ｄ ｏ ｐ ｎｇ ｉ ，ａ ｎ ｎ ｅ ａ ｌ ｎｇ ｉ ，ｉ ｍｐ ｕ ｒ ｉ ｔ ｙ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
第３ ７ 卷 第１ ０ 期
２ ０ １ ５年 １ ０月
红 外 技 术
Ｉ ｎ ｒａ ｆ ｒ ｅ ｄＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖ ０ ． １ ． ３ ７ Ｎｏ ． １ ０
碲锌镉衬底上中长双色红外碲镉汞分子束外延生长研究
碲锌镉衬底上中长双色红外碲镉汞分子束外延生长研究杨春章;覃钢;李艳辉;李达;孔金丞【摘要】Results are reported on the molecular-beam epitaxial (MBE) growth of a dual-band HgCdTe (MCT) structure. The structures were designed for a mid/long(M/L)-wavelength infrared detector, grown at 180℃ on (211)B-oriented CdZnTe substrates. Growth details including substrate deoxidation, growth temperature, and buffer layer are also reported. The surface quality, defect quantity, compositional uniformity, thickness uniformity, composition profile and crystal quality were analyzed and tested using phase contrast microscopy, scanning electron microscopy, Fourier-transform infrared transmission, secondary-ion mass spectroscopy and X-ray diffraction rocking curve. The surface defect was less than600cm-2, the com positional uniformity was≤0.001 and thickness uniformity was≤0.9μm, the XRD FWHM shows a 65arcsec result, all indicating good surface and crystal quality for our dual-band MBE MCT.%报道了使用分子束外延(Molecular beam epitaxy,MBE)技术,在(211)B碲镉汞(CdZnTe,CZT)衬底上生长中长波双色碲镉汞(HgCdTe,MCT)薄膜材料,生长温度为180℃,研究了双色碲镉汞薄膜材料衬底脱氧技术、分子束外延薄膜生长温度与缓冲层生长等关键技术,实现了中长波双色碲镉汞薄膜生长,外延薄膜采用相差显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、二次离子质谱仪(SIMS)及X射线衍射仪(XRD)对薄膜的表面缺陷、厚度、组分及其均匀性、薄膜纵向组分以及晶体质量进行了表征,表面缺陷数量低于600 cm-2,组分(300 K测试)和厚度均匀性分别为?x≤0.001、?d≤0.9μm,X-Ray双晶衍射摇摆曲线FWHM=65 arcsec,得到了质量较高的中长波双色碲镉汞薄膜材料.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2018(040)001【总页数】5页(P1-5)【关键词】碲锌镉;中长波双色;碲镉汞;分子束外延【作者】杨春章;覃钢;李艳辉;李达;孔金丞【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【正文语种】中文【中图分类】TN3040 引言1959年 Lawson发明了碲镉汞（Hg1－xCdxTe或MCT）红外材料。
碲镉汞材料
碲镉汞材料
碲镉汞材料是一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景。
本文将从碲镉汞材料的基本特性、制备方法、应用领域等方面进行介绍。
一、碲镉汞材料的基本特性
碲镉汞是一种化合物，化学式为HgCdTe，是由汞(Hg)、镉(Cd)和碲(Te)三种元素组成的。
碲镉汞材料具有良好的光电性能，具有宽的能带隙和高的迁移率，适用于红外光谱范围。
同时，碲镉汞材料还具有较高的光电转化效率、较低的暗电流和低的噪声等特点，使其在红外探测器、光电子器件等领域具有广泛的应用。
碲镉汞材料的制备方法主要有物理气相沉积法、分子束外延法、液相外延法等。
其中，物理气相沉积法是一种常用的制备方法。
该方法通过将汞、镉和碲等原料加热蒸发，使其在基片上沉积形成碲镉汞薄膜。
通过控制沉积温度、气压和沉积速率等参数，可以得到具有所需性能的碲镉汞材料。
三、碲镉汞材料的应用领域
碲镉汞材料具有优异的光电性能，因此在红外探测器、光电子器件等领域有广泛的应用。
在红外探测器方面，碲镉汞材料可以制成不同波段的探测器，用于红外成像、红外导航、红外通信等领域。
在光电子器件方面，碲镉汞材料可以制成光电二极管、光电倍增管、光电晶体管等器件，用于光通信、光谱分析、显像系统等领域。
此
外，碲镉汞材料还可以应用于太阳能电池、激光器等领域，具有广阔的市场前景。
碲镉汞材料是一种具有重要应用前景的半导体材料。
它具有良好的光电性能，制备方法多样，应用领域广泛。
随着科技的不断发展，碲镉汞材料在红外探测、光电子器件等领域的应用将会越来越广泛，为人们的生活和工作带来更多便利。
用Si作衬底的碲镉汞分子束外延研究
发 展的需要 。 究表 明， 研 在直 径为 ５ｍ ０ ｍ的外 延 材 料上 可制备 １ １２ｘ ０４ 阵 （ 个 ０４ １２ 面 每个光 敏元 尺寸为 ２＃ ，而在 直径 为 １０ ｍ的外延材料 ７ｍ） ０ｍ
上则 可制备 ７ 同样大 小的面 阵 红 外焦平 面 个
器件 的这种 发展 趋势要求分 子束外 延技术朝 高
何 调整 生长参数达到 大 面积材料 组分 、厚度 的
空间均匀 性，并 获得 良好 的表 面形 貌 。下面 ，
将就这 些技术难 点进 行详细 综述 。
于 Ｇ Ａ 的 品格常数介 于 ｓ和 Ｈ Ｃ Ｔ 之 间，人 ａｓ ｉ ｇ ｄｅ
们很 自然就 想到 了先 在 ｓ 衬底 上外 延 Ｇ Ａ ， ｉ ａ ｓ 然后再外 延 Ｈ Ｃ Ｔ 。然 而 Ｇ Ａ 的引入导致 了 ｇｄ ｅ ａｓ 生长 过程 的复杂 化 、杂 质的污 染和不 必要的成 本增加 。 １９ 年美 国休斯 公 司首 先报道 了他 们 ９５ 不用 Ｇ Ａ 缓 冲层成 功地 在 ｓ 衬底 上实 现碲镉 ａｓ ｉ
探测器 在军 事 ，民用 等领域 已经得到 了广 泛的 应用 从 ２ 世 纪 ７ 年代末 第一代 红外探测器的 ｏ ｏ
出现到 现在 的大规模 红外焦平 面器件 的研制成
功，都 说 明高 性能器 件 的制备 需要高 质量 、大 面积 、组分均 匀 的碲镉 汞材 料 。与其他外 延技 术相 比，分子 束外 延技术 在表面 型貌的 质量 、 组分厚度 均匀性上具 有独到 的优势 Ｉ 。随着焦 １ 】 平面器件 规模 的不断扩 大和光 敏元尺寸 的进 一 步 减小， 种优势显得越来 越重要 。 这 同时， 分子 束 外延技术 还具有 超高真 空环境 以及 低温 生长 等优点 ，生长十分灵 活 ，它 可 以根据 不同的 需 要随 时调 整生 长不 同组分 的外 延薄 膜 或多 层 异质结 结 构。用 分子 束外延技 术生长 出 的外 延
碲镉汞晶体
碲镉汞晶体碲镉汞晶体：未来科技的巅峰之作引言碲镉汞晶体，一种高性能半导体材料，被誉为未来科技的巅峰之作。
它的独特特性和广泛应用前景引发了全球科技界的浓厚兴趣。
本文将从碲镉汞晶体的定义、特性、制备方法以及应用领域等方面进行详细阐述，旨在带领读者深入了解这一令人激动的新材料。
一、碲镉汞晶体的定义与特性碲镉汞晶体是一种复合半导体材料，由碲、镉和汞元素组成。
具有许多令人惊叹的特性，如它的优异光电特性、较低的能隙、高电子迁移率和优异的化学稳定性等。
这些特性使得碲镉汞晶体有着广泛的应用潜力。
二、碲镉汞晶体的制备方法制备高质量的碲镉汞晶体是实现其广泛应用的关键。
目前，主要有以下几种制备方法：1.气相生长法：通过在特定的反应条件下，让碲镉汞蒸气在衬底上沉积形成晶体。
这种方法制备的碲镉汞晶体具有较高的晶体质量和较好的晶格匹配度。
2.液相生长法：将碲镉汞溶液加热，使其达到饱和状态，然后降低温度，晶体逐渐形成。
这种方法制备的碲镉汞晶体具有较大的尺寸和较好的晶体形态。
3.分子束外延法：通过分子束外延技术，在特定的基底上逐层生长碲镉汞晶体。
这种方法制备的碲镉汞晶体具有较好的结晶性和较高的纯度。
三、碲镉汞晶体的应用领域碲镉汞晶体由于其卓越的特性，在各个领域都有着广泛的应用前景。
以下是一些主要的应用领域：1.光电子学：碲镉汞晶体具有宽的能隙，能够在可见光和红外光范围内有效地吸收和发射光线，因此在光电子学领域有着广泛的应用，如红外传感器、光电探测器和激光器等。
2.太阳能电池：碲镉汞晶体的光电特性使其成为太阳能电池的理想材料之一。
通过制备高效的碲镉汞太阳能电池，可以大大提高太阳能电池的转换效率。
3.传感器技术：碲镉汞晶体对于各种环境因素的敏感度较高，可以应用于传感器技术中，用于测量温度、压力、湿度等参数，广泛应用于工业自动化、生物医学和环境监测等领域。
4.光纤通信：碲镉汞晶体的高光学非线性系数和宽的光透过窗口使其成为光纤通信领域的理想材料之一。
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。
Si 基短波碲镉汞材料分子束外延生长研究
Si 基短波碲镉汞材料分子束外延生长研究王经纬;高达【摘要】Based on the fabrication technology of MW HgCdTe,the recent research progress on molecular beam epitaxy growth of SW-HgCdTe on Si composite substrate is reported.Through the original temperature calibration,the use of in-situ measurements such as RHEED and pyrometry,the temperature-controlling figure profile of MW-MCT,a cus-tomized temperature-controlling figure profile for SW-MCT was built and optimized.The defects density of optimized Si based SW-HgCdTe is less than 3000 cm -2 and the surface is smooth and uniform.SW/MW dual-band HgCdTe has been also fabricated based on this technology.%报道了在中波工艺基础上，Si 基碲镉汞分子束外延短波工艺的最新研究进展，通过温度标定、使用反射式高能电子衍射、高温计的在线测量和现有的中波 Si 基碲镉汞温度控制曲线建立及优化了 Si 基碲镉汞短波材料的生长温度控制曲线；获得的 Si 基短波 HgCdTe 材料表面光亮、均匀，表面缺陷密度小于3000 cm －2；基于此技术成功制备出了 Si 基短／中波双色材料。
【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P646-649)【关键词】硅基碲镉汞;分子束外延;短波碲镉汞外延;短/中波双色碲镉汞【作者】王经纬;高达【作者单位】华北光电技术研究所，北京 100015;华北光电技术研究所，北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN213硅基碲镉汞焦平面器件因为其更大的可用面积、更低的材料成本、与Si读出电路的热应力自动匹配、较高的机械强度和平整度、更高的热导率以及潜在的可以实现单片式IRFPA等优点,近些年受到国内外的广泛关注和研究[1-6]。
锑化铟、碲镉汞、量子阱及ii类超晶格
锑化铟、碲镉汞、量子阱及ii类超晶格锑化铟锑化铟是一种半导体材料，它可以作为制备高功率电子器件的重要材料之一。
它的能带结构与氮化镓相似，但是锑化铟的电子迁移率比氮化镓还要高。
这种材料可以用于高频电子器件、磁性器件以及太阳能电池等领域。
锑化铟的制备方法通常是通过金属有机分解法或分子束外延法。
在金属有机分解法中，先将铟和锑的有机化合物混合在一起，然后通过不同温度的热处理使它们反应生成锑化铟。
在分子束外延法中，使用分子束向衬底表面沉积铟和锑原子，并在特定条件下使它们反应合成锑化铟。
这种方法可以实现单层厚度的锑化铟晶体生长。
碲镉汞碲镉汞是一种半导体材料，具有较小的禁带宽度和高的电子迁移率，因此可以用于制备高速电子器件。
该材料也有很高的光吸收能力，可以用于太阳能电池和探测器等领域。
碲镉汞的制备方法主要是熔体生长法和气相输送法。
用熔体生长法可以制备大尺寸的单晶碲镉汞材料，但这种方法成本较高。
气相输送法则可以制备均匀的薄膜碲镉汞材料，并且成本较低。
这种方法通过在特定的气氛下，将碲、镉和汞原子分别输送到衬底表面沉积，使它们反应生成碲镉汞。
量子阱量子阱是指在两个具有不同能带结构的材料之间形成的一维纳米结构。
它可以用于制备量子电脑、光电器件和激光器等高性能器件。
量子阱可以通过分子束外延法、金属有机化学气相沉积法等方法制备。
在分子束外延法中，先在衬底上沉积一层具有不同晶格常数的材料，再沉积另一层与第一层材料相同的材料，如此反复，就可以在材料之间形成一个量子阱。
在金属有机化学气相沉积法中，利用金属有机化合物分解反应来沉积材料，反应的控制条件决定了最终材料的性质。
II类超晶格II类超晶格是指在两种II类化合物半导体之间形成的一种三维纳米结构。
它能够实现电子和空穴的空间限制，减少载流子的散射，从而提高了半导体的性能。
II类超晶格的制备方法主要有分子束外延法、淀积法等。
在分子束外延法中，先在衬底上沉积一层II类半导体材料，然后再沉积另一种II类半导体材料，如此循环，就可以形成一个II类超晶格结构。
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碲镉汞分子束外延材料生长工序简介
碲镉汞（HgCdTe）分子束外延（MBE）材料即在分子束外延系统中生长的HgCdTe薄膜材料。
全世界商用的分子束外延系统有多个公司的多种型号，但基本配置大同小异。
这里介绍法国Riber公司的RIBER 32P 3英寸分子束外延系统，该套系统主要由一个预处理室、一个过渡室、一个生长室组成。
预处理室用于完成衬底的进样和预先除气；过渡室用于样品的传递或暂存；在生长室中则主要完成样品的高温脱氧、缓冲层的生长和HgCdTe薄膜材料的外延。
进样室和过渡室采用溅射离子泵，真空度可以达到10-10Torr。
由于Hg材料的特殊性质，生长室的真空靠低温泵和冷阱来维持，外延生长时真空度保持在10-9Torr 的水平。
生长室的装置如图1所示，主要包括束源炉、液氮冷却系统、衬底加热装置、真空检测系统以及束源炉和衬底的温度监测控制系统。
样品架具有旋转机构，以保证外延材料组分和厚度的均匀性，其中心位置装有非接触式测温热电偶，另外在样品架的对面装有红外辐射测温仪用的窗口。
在生长过程中主要依靠热电偶和红外测温仪进行精确的衬底温度测量。
样品的装片方式采用3英寸无In衬底架，由于衬底为红外透明材料，测温仪受到衬底加热器的热辐射干扰，无法获得衬底材料表面的真实温度，这时介于样品和加热器之间的热电偶测量信号将发挥重要的温度测量和指导温度控制的作用。
生长所用的主要源材料为高纯的Hg(7N)，Te
(7N)，CdTe(7N)。
超高真空环境结合高纯源材料，保障
2
了其他材料杂质含量较少，避免了引入不必要的杂质掺杂。
图1 生长室装置示意图
HgCdTe外延材料的生长工艺
分子束外延生长工艺按时间顺序可以主要分为三个部分：衬底的预处理，装片工艺，HgCdTe生长条件的控制，后道工艺和材料评价。
每一部分又由许多道更小的工序步骤组成。
●衬底处理工艺
一般包括衬底的选片、抛光、清洗、腐蚀等环节，根据衬底材料的不同其处理方式也有一定区别。
如Si衬底材料：Si衬底由于其反应性较强，与空气中的气体作用会在衬底表面产生杂质，从而将阻止正常的单晶生长并成为外延层内缺陷的主要起因。
因此外延生长前，必须经过高温脱氧将衬底表面吸附的原子级杂质去除干净，才能继续外延生长。
Si表面的原子级杂质主要是氧化层和碳化层，Lander 和Morrison报道了当Si衬底加热至800 ～1000℃时氧化层可完全去除，而去除碳化层的温度却要高达1200℃以上。
这样的高温将引起杂质的互扩散，改变Si衬底中的掺杂浓度，除此之外还将增加晶体缺陷如位错和层错，在衬底中产生滑移线，而且RIBER 32P MBE的衬底加热能力有限，如何通过衬底前道清洁处理工艺把Si脱氧温度降到900℃以下，是首先要解决的问题。
以Ishizaka方法为基础，通过改变人工氧化层生长方法以及HF腐蚀时间，降低脱氧温度的合适衬底制备工艺：（1）有机清洗，去油脂（2）化学方法对Si进行多次循环的氧化、去氧化，以完全去除Si表面的碳化层和氧化层（3）Cl原子进行Si表面钝化，防止Si与空气中的O、C原子发生反应（4）干燥后进行进样前的衬底筛选检验。
●装片工艺
衬底的装片模式现在主要采用无In装片方式，即将3英寸衬底直接装配在无In钼环上。
其装片方式，由图2可见，衬底在衬底架内自由放置，依赖于背后加热器的辐射加热，无热应力问题，并可保证衬底材料的横向温度均匀性。
图2 衬底的加热和旋转示意图
HgCdTe生长条件的控制
分子束外延生长技术被誉为柔性生长技术，其柔性就体现在可以根据不同的需要随时调整生长不同组分的外延薄膜或多层异质结结构，外延出的材料具备很高的晶体质量。
所有这些都依赖于合适的外延生长条件，关键参数主要包括合适的束流配比、合适的晶体成核和长晶温度。
分子束流可通过束流规（Pressure Gauge）测得，并从外延后的材料厚度、组分、生长速率等评价结果得到真实信息反馈。
衬底温度是外延条件的关键参数之一，它的监控主要依靠热电偶和红外测温仪进行综合测量。
通过热电偶测得的电信号反馈到温控仪，由温控仪来自动调整加热丝的电压或电流，达到控温的目的。
一般情况，热电偶放在样品中心位置，热电偶和钼块之间留有一定的空间，保证钼块转动时，不会碰到热电偶，由于钼块和热电偶不接触，因此，热电偶测得的温度与钼块的实际温度有一定的偏差。
红外测温仪用于对HgCdTe表面温度进行监测，根据红外辐射的原理分析表面温度的变化趋势，可以很好地控制生长温度；对于采用3英寸无In 衬底架装片的样品，由于衬底为红外透明材料，测温仪受到衬底加热器的热辐射干扰，无法获得衬底材料表面的真实温度，这时介于样品和加热器之间的热电偶测量信号将发挥重要的温度测量和指导温度控制的作用。
反射式高能电子衍射（RHEED）是分子束外延生长过程中一个最基本最主要的检测监控手段。
它可用来在生长的原位实时观察样品表面的清洁度、平整度、样品的表面结构，利用它对晶体生长动力学和表面结构进行研究，确定合适的生长条件。
高能电子衍射装置由高能电子枪和荧光屏两部分组成，从电子枪发射出来的具有一定能量的电子束以1～2º的掠入射形式射到样品表面，在这种情况下，由于电子垂直于样品表面的动量分量很小，又受到库仑场的散射，所以电子束的透入深度仅1～2个原子层，因此所反映的完全是样品表面的结构信息。
同时高能电子的掠入射不影响垂直入射的束流，两者在几何位置上是高度兼容的，可以完成实时检测。
从RHEED图象的衍射条纹的位置和形状，可以了解材料表面的再构形态。
RHEED图象强度和形状的变化反映了晶体生长的动力学过程。
在MBE生长过程中，随着表面的平整化，衍射图形会由点逐渐变成线，进而还有可能会在由点拉长的线之间出现附加的线，这些信息可以用
来确定合适的生长条件。
后道工艺
诸多工序构成了一个完整的MBE生长过程，其中的某一道工序发生问题都会对整个生长过程带来不同程度的影响，因此，为保证生长工艺的稳定，每一道工序必须按着工艺流程标准进行。
标准的工艺流程是经过大量的对比实验确定下来的，具有相对的稳定性。
例如由于束源炉随着生长过程中源材料的变化，每次生长时束流和温度的关系都有变化，所以对于每一轮次生长中的不同束源炉的温度和束流大小的关系，就是进行生长前多次测束流和温度得到的不同经验曲线，从而指导进一步的生长过程。
同时，在HgCdTe MBE生长过程中存在许多不确定因素，使得相同的生长条件外延生长出的薄膜材料，其性能会有一定的差别，为此，需要不断地调整生长条件使材料的参数变化相对较小，例如对衬底温度的控制。
衬底的温度对晶体质量和材料组分都有很大的影响，采用了红外测温仪对HgCdTe表面温度进行监测，根据红外辐射的原理分析表面温度的变化趋势，以便较好地控制温度，从而得到想要的HgCdTe外延薄膜材料。