12.5μm长波碲镉汞红外探测器制备与表征

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1、博士学位论文12.5μm长波碲镉汞红外探测器制备与表征作者姓名：王溪指导教师:林春研究员中国科学院上海技术物理研究所学位类别:理学博士学科专业:微电子学与固体电子学培养单位:中国科学院上海技术物理研究所2018年06月中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解中国科学院大学

2、有关保留，使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日Fabricationandcharacterizationof12.5μmlongwaveinfrared

3、detectorADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinMicroelectronicsandSolid-stateElectronicsByWangXiSupervisor:ProfessorLinChunShanghaiInstituteofTechnicalPhysics,ChineseAcademyofSciencesJune2018摘要摘要本文研究了不同技

4、术路线制备的长波碲镉汞红外探测器件暗电流的特性。针对长波碲镉汞器件表面漏电大的特点，提出了使用真空下对在Au掺杂P型碲镉汞材料上电子束生发生长CdTe钝化层退火的工艺，在CdTe/HgCdTe界面处形成组分低度缓变区，降低表面电荷对碲镉汞内部的影响，对该工艺做出系统的研究，并利用该工艺制备了器件，通过设计变面积二极管阵列和栅控二极管结构，表征该工艺对器件性能的作用。此外，为了更好的表征长波碲镉汞红外探测器件的性能，本文搭建了利用傅里叶变换红外光谱仪测试焦平面器件光谱的系统，取得了良好的结果。为制备大规模长波碲镉汞红外探测器件提供了理论和实践基础。主要研究内容如下：1.不同工艺路线暗

5、电流的研究。汞空位n-on-p平面型器件较小反偏和零偏附近的漏电流主要是产生复合电流，较大反偏时直接隧穿电流在漏电流中起主导作用。通过对Au掺杂型n-on-p平面型器件暗电流随材料载流子浓度变化的研究发现，随着材料载流子浓度地增加，较小反偏和零偏附近的漏电流从主要由产生复合电流和扩散电流组成变成主要由产生复合电流主导，但产生复合电流的大小与材料载流子浓度相关性不大；较大反偏时，直接隧穿电流随载流子浓度的增加而显著增加。原位掺杂的p-on-n台面结型器件暗电流中，直接隧穿电流较小，器件受表面漏电影响严重，钝化工艺在这种类型的器件中起到关键的作用。2.CdTe/HgCdTe互扩散退火工

6、艺的研究。本文通过对电子束蒸发生长CdTe覆盖Au掺杂的P型HgCdTe材料在真空中的互扩散退火工艺进行系统地研究，发现提高电子束蒸发生长温度可以有效地提高CdTe薄膜的致密性；生长温度小于175℃时，电子束蒸发生长的CdTe的SEM图像均为柱状结构。经过互扩散退火后，材料载流子的浓度只与最后的退火温度有关，与退火过程中经历温度变化过程无关，210~240℃退火后对应的载流子浓度约为2×1016cm-3，260~300℃退火后对应的载流子浓度约为5.5×1016cm-3。退火过程不改变Au在HgCdTe中的分布。210~240℃退火对CdTe/HgCdTe界面处的Cd、Hg组分影响

7、不明显，260~300℃可以发现Cd、Hg明显的扩散，扩散系数可以表示为3.0xDHgCdTe@260~300℃nm/sec=0.55e。I摘要3.互扩散工艺制备长波碲镉汞红外探测器件。使用退火工艺处理后的器件制备了碲镉汞长波红外探测器件，并设计并制作了一系列的测试结构，分析了退火工艺形成的CdTe/HgCdTe界面Cd、Hg组分缓变区对器件性能的影响。研究了经过退火处理的材料制备器件的工艺：使用CdTe作为注入阻挡层，注入之后使用退火工艺推结；金属化腐蚀电