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1、HgCdTe固态再结晶技术工艺改进第29卷第3斯Vd29N.3红外与激光工程InfraredandL—rEngj2000年6月Jun.20007j一7,'HgCdTe固态再结晶技术工艺改进李全葆王跃韩庆林李玉德宋炳文_l'—～-_.'一(昆明物理研究所昆明650223)文摘:HgCdTe固态再结晶技术主要包括合成一淬火一退火三个过程,文中对其中的合成I艺和淬火I艺进行改进,获得了较为满意的结果.用这种方法制备的HgCdTe材料单晶大,组份均匀,结构完整,电学参数好,并已做出多种高性能红外探测器.关键词:碲镉汞晶体生长固态再结晶热浴淬火ImprovofHgCdTeLiQu
2、anbaoWangYueHanQinglinLiYudeSongBingwen(Kunmi~InstituteofPhysics,KurtmJng,China,650223)Al~tract:Solid-staterecrystallizationtechniqueofH~-_.clTecontainsthreesteps:compounding,quenchingandannealing.Inthispaper,thetechniquesofcompoundingandquenchingaFeimprovedandtheresultsaresatisfactory.H
3、gCdTecrystalsgrownbythismethodareoflargegrainsize,uniformcomposition,perfectcrystalstructureandexcellentelectricalcharacteristics,andmanykinds0fin—frareddetectorhavebeenmadebythesecrysta1.Keywords:1引言HgCdTeCrystalgrowthSolid-statereerystallizationHotbathquenchingHgCdTe是由CdTe和HgTe组成的合金半导体
4、,它是制作红外探测器的重要材料.这种材料在晶体生长过程中CdTe相对于HgTe会产生严重的组份分凝,因此,要获得组份均匀的HgCdTe晶体是很困难的,而器件对材料组份均匀性的要求又很高.固态再结晶技术(有时也被称为淬火一退火法,淬火再1999一l0一l8收稿结晶法,铸造一再结晶一退火法等)可能是解决这个问题的好方法,它主要包括合成,淬火,退火三个过程.淬火的目的是使合成后的HgCdTe熔体快速凝固,从而克服组份分凝,获得组份均匀的细小多晶体.由于细小的多晶体比单晶体有更高的界面能,处于热力学上的不稳定状态,所以,在一定条件下细小的多晶能够通过晶界迁移而长大,甚至长成单晶
5、.退火的目的就是为晶界迁移提供激活能,促使晶粒长大,同时也可减小或消除淬火时产生的热应力,第二相和微作者简舟:李垒葆男43岁高级工程师长期从事红外探测器材料的研制,曾获部级科技进步一等奖一项,发表论文20亲篇.?73李全蔟:HgCdTe固态再结晶技术工艺改进观组份梯度等.淬火是固态再结晶技术的关键.传统的固态再结晶技术,通常采用吹气的方法进行淬火J,即用氮气或压缩空气等作为淬火介质,这样虽然克服了组份分凝,但是,由于淬火介质的温度太低(接近室温).在淬火过程中,对已凝固或正在凝固的HgCdTe有强大的热冲击,使之内部产生较大的热应力和较多的晶体缺陷.虽然高温退火能够消除
6、一定的热应力,但晶体缺陷一旦形成是很难消除的.为了改善固态再结晶法制备的HgCATe晶体的质量,文中对其合成工艺和淬火工艺进行了改进.2工艺改进2.1合成工艺改进光发射实验l1】和价键计算的结果l2都表明,在HgCdTe中,由于cd的存在,使本来就很弱的Hg～Te键变得更加不稳定,所以,很难使Te,Cd,Hg三种元素达到充分合成,从而影响HgCdTe材料的质量.通过适当提高合成温度和延长合成时间以达到充分合成的目的.提高合成温度对充分合成的作用远比延长合成时间更显着.但是,如果合成温度太高或者合成时间太长,石英管炸裂的可能性就更大,石英管中以及管外的杂质向管内材料的扩散
7、也就越多.合成温度在液相线以上3O～50C,合成时间在100h左右较合适.在合成过程中.不断摇动合成炉搅拌熔体也是很重要的(如图1(a)所示).就固态再结晶技术而言,HgCdTe材料是否达到充分合成将影响到材料的最终性能,特别是少数载流子寿命.2.2淬火工艺改进将传统的吹气淬火改进为热浴淬火.所谓"热浴淬火"就是将充分合成的高温HgCdTe熔体以一定的速度降入具有一定温度的热介质中进行淬火的方法,热浴淬火在合成炉内进行.首先将真空烧封后的Te,C(1,Hg料管放在合成炉内进行一定时间和一定温度下的摇炉合成(如图1(a)所示),然后竖炉,将
