碲镉汞(MCT)自从问世以来一直是高端红外(IR)探测器领域的首选材料，分子束外延碲镉汞技术具有低成本异质外延、材料能带精准调控、原位成结等优势，是第三代红外焦平面陈列(FPA)器件研制的重要手段。本文报道了昆明物理研究所分子束外延（MBE）MCT薄膜技术进展，包括材料结构、晶体质量、表面缺陷、材料均匀性、掺杂浓度等参数优化控制的研究结果。异质衬底、碲锌镉衬底上MCT薄膜尺寸分别为4英寸(10.16 cm)及2.5 cm×2.5 cm，材料EPD值分别在1×106 cm-2附近及(3~30)×104 cm-2范围，表面宏观缺陷密度分别在30 cm-2附近及100~300 cm-2范围，薄膜质量与国内外先进水平相当。采用分子束外延MCT薄膜实现了2 048×2 048中波红外（MWIR）、2 048×2 048短波甚高分辨率红外（SWIR）焦平面、640×512中短双色红外（S-MWIR）、320×256中中双色红外（M-MWIR）FPA探测器的研制和验证。
分子束外延 碲镉汞 碲锌镉衬底 异质衬底 红外探测器 molecular beam epitaxy（MBE） HgCdTe CdZnTe substrate alternative substrate IR dector
1 中国科学院上海技术物理研究所 材料与器件中心, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于暗电流模型, 通过变温I-V分析长波器件(截止波长为9~10 μm)的暗电流机理和主导机制.实验对比了不同衬底、不同成结方式、不同掺杂异质结构与暗电流成分的相关性.结果表明, 对于B+离子注入的平面结汞空位n+-on-p结构, 替代衬底上的碲镉汞(HgCdTe)器件零偏阻抗(R0)在80 K以上与碲锌镉(CdZnTe)基碲镉汞器件结阻抗性能相当.但替代衬底上的HgCdTe因结区内较高的位错, 使得从80 K开始缺陷辅助隧穿电流(Itat)超过产生复合电流(Ig-r), 成为暗电流的主要成分.与平面n+-on-p器件相比, 采用原位掺杂组分异质结结构(DLHJ)的p+-on-n台面器件, 因吸收层为n型, 少子迁移率较低, 能够有效抑制器件的扩散电流.80 K下截止波长9.6 μm, 中心距30 μm, 替代衬底上的p+-on-n台面器件品质参数(R0A)为38 Ω·cm2, 零偏阻抗较n-on-p结构的CdZnTe基碲镉汞器件高约15倍.但替代衬底上的p+-on-n台面器件仍受体内缺陷影响, 在60 K以下较高的Itat成为暗电流主导成分, 其R0A相比CdZnTe基n+-on-p的HgCdTe差了一个数量级.
碲镉汞 红外焦平面 长波 替代衬底 暗电流 HgCdTe infrared focal plane arrays long wavelength alternative substrate dark current
