| 题名 | 碲镉汞电子雪崩探测器分子束外延材料基础研究 |
| 作者 | 顾仁杰 |
| 答辩日期 | 2012-05-10 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 何力 ; 陈路 |
| 关键词 | 碲镉汞 雪崩光电二极管 分子束外延 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 第三代碲镉汞（HgCdTe）红外焦平面阵列技术正向大规模、集成化、多光谱、弱信号及三维成像方向发展。碲镉汞红外雪崩焦平面器件（HgCdTe APD）通过对主动脉冲激光照射目标后的反射信号进行探测，从而获取目标的距离与图像。由于雪崩器件可实现主被动探测的特性，碲镉汞雪崩光电二极管可作为3D成像器件应用于红外光电探测领域。因此，结合了主动激光测距、被动目标辐射二维成像功能的碲镉汞雪崩焦平面器件，使三维成像技术用于红外探测系统成为可能。本课题以制备碲镉汞电子雪崩型红外光电二极管探测器为主要目的，对碲镉汞APD的材料及器件工艺进行了细致的研究。主要研究结果有：1. 从APD的工作原理出发，对碲镉汞载流子散射几率，热电子能量色散因子等进行研究，获得碰撞电离阈值能等电子雪崩模型，建立雪崩阈值电压与响应波长、耗尽层宽度等关系的理论模型；最终优化并设计了适合制备HgCdTe e-APD的材料结构。2. 采用分子束外延技术，基于不同的材料结构和器件成结工艺，在国内首次制备了平面型和台面型中波PIN结构HgCdTe e-APD器件，并且通过测试分别验证对比了上述原理性器件的性能差异。结果显示，基于原位掺杂成结的台面型APD器件，零偏IV特性大大优于离子注入成结得平面型APD器件。器件击穿电压为-11.6V，增益为2800@-9.5V。通过对中波128×128 HgCdTe APD面阵测量，响应率为2.282A/W，探测率为5.143cmHz1/2/W，量子效率约为77%，是具有比较高性能的HgCdTe探测器件。对于平面型APD器件，进行合适的离子注入后损伤修复退火对提高器件性能和击穿电压有明显的改善作用。对位错密度与器件性能相关性的研究表明，基于平面型APD，位错密度较低的材料具有更高的击穿电压，位错的降低可以明显提高零偏阻抗，但大偏压下的性能提高不明显。3. 围绕目前低缺陷HgCdTe外延中面临的瓶颈问题，对CdZnTe衬底处理工艺等开展研究，并建立晶格匹配的CdZnTe衬底筛选条件。采用多种测试评价手段对不同化学抛光工艺的CdZnTe衬底材料进行分析比较，从化学抛光的腐蚀液浓度与压力两方面对抛光工艺进行优化。对碘系抛光液进行了研究及探索性实验，发现该溶液具有一定的应用潜力。通过Rheed对原位外延过程的薄膜表面进行观察，结合外延后表面形貌评价，发现改进后的抛光工艺不仅改善了表面粗糙度，还可以显著抑制外延材料表面的短线缺陷，对提高外延材料性能具有直接作用，为最终制备低缺陷HgCdTe APD打下基础。4. 对多层复杂结构的光谱测量与拟合开展实验验证，为今后SAM结构的HgCdTe m。通过对红外透射光谱吸收边的拟合，并根据对拟合值与实验值之间偏差均方差值的计算发现，用该评价技术确定的外延材料的组分梯度和表面组分的精度分别为±5cm-1和±0.0015。APD材料评价进行技术铺垫。采用了新的组分分布模型和带干涉效应的多层膜系传递矩阵计算方法。对该评价技术的实际应用表明，通过拟合透光区干涉条纹的周期和相位所确定的外延层总厚度的精度为±0.25. m，测温精度可达1℃，为分子束外延过程中红外透明材料表面真实温度的监控提供技术支持。开展了原位生长的红外透明材料漫反射光谱研究，对提高分子束外延生长过程中的测温及控温稳定性的新技术手段进行探索。通过BandiT漫反射光谱测温仪得到的光谱通过一定的修正后，与矩阵元拟合的方法相结合，可以分离出的材料表面的真实温度与厚度参数，厚度拟合精度可达0.01 |
| 学科主题 | 红外探测材料与器件 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5456]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 顾仁杰. 碲镉汞电子雪崩探测器分子束外延材料基础研究[D]. 中国科学院研究生院. 2012. |
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