1 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
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 合肥知常光电科技有限公司,安徽 合肥 230031
红外光热吸收效应作为一种无损伤非接触的检测技术, 已经被广泛用于硅等半导体材料中的微缺陷表征分析.采用光热吸收技术对碲锌镉晶体中的缺陷进行扫描成像分析时发现了一种连续性的光貌相条纹, 并对这些条纹的形成机理进行了研究.研究表明碲锌镉晶体中的这种连续性条纹源自于光热测试系统中入射光的干涉, 这种干涉和入射光参数、测试样品的厚度、禁带宽度以及热导率等材料特性密切相关.最后, 实验通过优化红外光热吸收测量系统获得了碲锌镉材料中的微缺陷结构及其在样品深度方向的三维分布图像.
红外 光热吸收 碲锌镉 Infrared photo-thermal absorption CdZnTe
1 上海大学材料科学与工程学院, 上海 200072
2 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
本文以硅溶胶为磨料颗粒、次氯酸钠( NaClO)为氧化剂制备适用于 CZT晶片的化学机械抛光液。采用 XPS能谱分析 CZT表面元素化学态, 研究 CZT化学机械抛光过程中抛光液的化学作用机理, 使用激光干涉仪、原子力显微镜研究抛光液中 NaClO含量对晶片抛光速率、晶片表面 PV值及表面粗糙度 Ra的影响。结果表明, 硅溶胶 -次氯酸钠抛光液通过与 CZT晶体中 Te单质或 CdTe发生化学反应, 生成 TeO2。随后在一定压力下, 抛光盘与 CZT晶片发生相对运动, 并在硅溶胶磨料颗粒的辅助作用下去除反应物。当 NaClO含量在 2%~10%时, 随着 NaClO含量的增加, 晶片表面 PV值和粗糙度 Ra值先降低后升高, 去除速率则随着 NaClO含量的增加而增加。NaClO含量为 6%时, PV值和 Ra值最低, 得到的晶片表面质量最好。
化学机械抛光 CZT晶体 粗糙度 平整度 chemical-mechanical polishing CZT crystal roughness flatness
1 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
采用富碲垂直液相外延技术实现了50 mm×50 mm×3高性能碲镉汞外延材料的制备.外延工艺的样品架采用了三角柱体结构, 并设计了防衬底背面粘液的样品夹具.为保证大面积材料的均匀性, 工艺中加强了对母液温度均匀性和组分均匀性的控制, 50 mm×50 mm外延材料的组分均方差达到了0.000 4, 厚度均方差达到了0.4 μm.在批量生产技术中, 加强了对单轮次生长环境的均匀性和生长轮次之间生长条件一致性的控制, 同一轮次生长的3片材料之间的组分偏差小于0.000 4, 厚度偏差小于0.1 μm, 不同生长轮次之间材料的组分之间的波动在±0.002左右, 厚度之间的波动在±2 μm左右.工艺中对碲锌镉衬底的Zn组分、缺陷尺寸和缺陷密度也加强了控制, 以控制大面积外延材料的缺陷, 晶体双晶衍射半峰宽(FWHM)小于30弧秒, 外延材料的位错密度小于1×105 cm-2, 表面缺陷密度小于5 cm-2.外延材料经过热处理后, 汞空位型的P型Hg0.78Cd0.22Te外延材料77 K温度下的载流子浓度被控制在8 ~ 20×1015 cm-3, 空穴迁移率大于600 cm2/Vs.材料整体性能和批生产能力已能满足大规模碲镉汞红外焦平面探测器的研制需求.
碲镉汞 液相外延 大尺寸 高性能 HgCdTe LPE large size high performance
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
碲锌镉晶体是研制碲镉汞红外焦平面探测器所需的衬底材料。其制备技术由源材料合成、晶体生长、衬底加工和测试评价四个部分组成。对源材料合成工艺中的放热过程和合成料化学计量比的控制方法进行了研究。通过测量合成反应过程中石英坩埚的温度,计算了合成反应过程的放热速率。用可视监控系统观测了碲锌镉多晶合成反应的动态过程,揭示了影响合成反应速率的因素。在此基础上,用温度梯度法和定向凝固法技术实现了对合成反应速率和合成料化学计量比的有效控制。
碲锌镉 衬底 晶体合成 红外 CdZnTe substrate crystal synthesis infrared
1 上海大学 材料学院,上海 200072
2 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
碲锌镉(CdZnTe)是制备X 射线、?射线探测器的一种理想半导体材料。CdZnTe 欧姆接触电极是制备CdZnTe 核辐射探测器的关键技术之一。表面加工状态是影响欧姆接触性能的重要因素,文中研究了4 种表面处理工艺对Au-CdZnTe 电极接触性能的影响。研究发现对晶片表面进行溴甲醇腐蚀处理和机械化学抛光均有助于提升Au-CdZnTe 电极欧姆接触性能。对晶片进行机械化学抛光后再进行溴甲醇腐蚀处理,使用这种晶片所制备的电极具有更加优良的综合电学性能。
碲锌镉 表面处理 机械化学抛光 欧姆接触 CdZnTe surface treatment chemical-mechanical polishing ohmic contact
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
碲锌镉晶体中存在着各种典型晶体缺陷, 其缺陷研究一直倍受关注, X射线衍射形貌术是一种非破坏性地研究晶体材料结构完整性、均匀性的有效方法.采用反射式X射线衍射形貌术对碲锌镉衬底的质量进行了研究, 并将衬底的X射线衍射形貌与Everson腐蚀形貌进行了对比分析, 碲锌镉衬底的X射线衍射形貌主要有六种特征类型, 分别对应不同的晶体结构或缺陷, 包括均匀结构、镶嵌结构、孪晶、小角晶界、夹杂、表面划伤, 对上述特征类型进行了详细的分析.目前, 衬底的X射线衍射形貌主要以均匀结构类型为主, 划伤和镶嵌结构缺陷基本已消除, 存在的晶体缺陷主要以小角晶界为主.通过对比分析碲锌镉衬底和液相外延碲镉汞薄膜的X射线衍射形貌, 发现小角晶界等晶体结构缺陷会延伸到外延层上, 碲锌镉衬底质量会直接影响碲镉汞外延层的质量, 晶体结构完整的衬底是制备高质量碲镉汞外延材料的基础.
X射线衍射形貌术 X光貌相 腐蚀形貌 碲锌镉 晶体缺陷 X-ray diffraction topography X-ray topography Etched surface morphology CdZnTe crystal defects
1 上海大学材料科学与工程学院, 上海 200072
2 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
化学机械抛光工艺是碲锌镉(Cadmium Zinc Telluride, CZT)晶体表面处理的关键技术之一。其中, 化学机械抛光液是影响晶片表面质量的重要因素。目前用于CZT晶片的抛光液主 要是依靠进口的碱性抛光液, 这严重制约了我国CZT晶体研究的发展。采用硅溶胶和次 氯酸钠(NaClO)溶液作为主要原料, 制备了碱性化学机械抛光液。然后采用该抛光液对CZT晶 片表面进行了化学机械抛光, 并对抛光表面进行了表征。实验结果表明, 抛光后晶片表 面的粗糙度小于2 nm, 因此采用硅溶胶-次氯酸钠碱性抛光液可制备出高质量的CZT抛光表面。
化学机械抛光 粗糙度 chemical-mechanical polishing CZT CZT roughness
中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
碲锌镉晶体中存在着各种晶体缺陷, 其中小角晶界是制约碲锌镉晶体质量的主要晶体缺陷之一。X射线衍射形貌术是一种非破坏性地全面研究小角晶界缺陷的有效方法。采用反射式 X射线衍射形貌术对碲锌镉衬底的小角晶界缺陷进行了研究, 讨论了小角晶界类型、样品扫描方向以及入射线发散度等对小角晶界缺陷的 X射线衍射形貌的影响。为全面获得小角晶界缺陷的衍射形貌, 应尽量选择宽的入射线狭缝, 对于对称倾侧晶界和扭转晶界, 应分别平行和垂直于小角晶界方向扫描。
X射线衍射形貌术 X光貌相 碲锌镉 晶体缺陷 小角晶界 X-ray diffraction topography X-ray topography CdZnTe crystal defects low-angle grain boundary
中科院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
研究了碲镉汞富碲垂直液相外延技术.在研究该关键技术的过程中, 提出了一种方法以检查外延前(Hg1-x Cd x ) 1-y Te y 母液的均匀性.并且, 通过减小生长腔体中的自由空间, 对气体的对流和汞回流进行了抑制, 及通过改进 工艺过程中的温度控制方式来应对因对流和汞回流而造成的生长温度不确定性.在解决上述关键技术后, 实现了 碲镉汞垂直液相外延工艺的稳定性, 所外延的中波碲镉汞材料的组分可重复性做到了 ±0.005, 厚度控制能力达到 了±5μm , 40×30mm 2 外延材料的横向组分均匀性(相对均方差)小于1.3×10 -3 , 同生长批次材料片与片之间的组 分和厚度差异分别小于0.001和1μm.在10mm线度上, 表面起伏小于1μm.经热处理后, 中波汞空位p型材料在 77K下具有较高的空穴迁移率.另外, 和水平推舟技术相比, 垂直碲镉汞液相外延在提供大批量和大面积相同性能 材料方面具有明显的优势, 这对于二代碲镉汞红外焦平面批生产技术和拼接型超大规模红外焦平面技术的发展都 具有重要的意义.
半导体技术 碲镉汞外延材料 液相外延 垂直浸渍外延 semiconductor technique HgCdTe epitaxial materials liquid phase epitaxy dipping technique
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
研究了HgCdTe液相外延薄膜表面两类宏观缺陷的形成原因.研究表明, 大部分表面凹陷点(void)缺陷的形 成是由衬底的蜡沾污所引入的, 而表面凸起点(hill-like)是由衬底边缘脱落的CdZnTe微颗粒造成的, 通过控制外 延生长前的衬底处理过程, 可以抑制这两类缺陷, 从而生长出零(宏观)缺陷密度的优质HgCdTe外延薄膜.
碲镉汞 液相外延 表面缺陷 HgCdTe liquid phase epitaxy surface defects