[发明专利]碲镉汞气相外延材料的N型热处理工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碲镉汞外延材料热处理工艺方法，具体涉及一种碲镉汞气相外延材料的N型热处理工艺方法。

背景技术

Hg_1-xCd_xTe材料是一种很重要的红外探测器材料，由于受材料晶体尺寸和组分均匀性的限制，碲镉汞体晶材料越来越不能满足红外探测器技术的发展。为了解决这一问题，各种碲镉汞外延生长技术便逐步发展起来。目前较为成熟的外延薄膜生长技术主要有液相外延(LPE)、分子束外延(MBE)、金属有机气相外延(MOCVD)和等温气相外延(ISOVPE)方法等。液相外延生长技术，生长出的外延层表面波纹起伏较大，且由于碲锌镉衬底的限制，不能进行大面积的外延生长，这对于器件的制作尤其是大面积阵列器件的制作非常不利。MBE和MOCVD技术虽然能够采用替代式异质衬底，进行大面积外延生长，但是其设备非常昂贵，每年设备的维护费用都是一笔不小的开支。碲镉汞等温气相外延技术最大特点则是工艺非常简单，设备也不需要高昂的维护费用。且由于气相外延自身的生长特点，生长出的材料表面光滑如镜，并无起伏的生长波纹，同时也可采用GaAs，Si，蓝宝石能替代式衬底，更是大大节约了成本。利用等温气相外延生长出的材料还可以用来制备各种光导、光释电、光伏型的HOT探测器。由于各种外延方式自身的特点，生长出的原生外延材料并不能满足器件制备工艺的需要，则需要对其进行热处理从而来满足器件制备的要求。文献中报道的碲镉汞原生片气相外延片多数为Ｐ型。但是利用我们的气相外延设备生长出的原生碲镉汞材料则呈不均匀的N型，热处理过程中我们通过对材料中汞空位浓度的调整，可以将其调整为均匀的好N型材料或Ｐ型，从而来满足红外探测器制备工艺的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种碲镉汞气相外延材料的N型热处理方法，解决原生碲镉汞材料则呈不均匀的N型的技术问题。

本发明的碲镉汞气相外延材料的N型热处理工艺，包括碲镉汞气相外延薄膜样品，热处理工艺。其特征在于，在气相外延生长程序结束后，直接降温到一定的温度对生长后的外延材料进行原位热处理。整个热处理过程在氢气气氛下进行，以利于在热处理过程中气相与固相之间汞原子的交换，从而实现对材料的N型热处理；

所述的碲镉汞气相外延样品，由气相外延生长工艺获得，其原生片为不均匀的n型，载流子浓度为1～10×10¹⁵cm^-3，迁移率为0.1～5×10⁴cm^-3/V·s，厚度为10～20μm；

对碲镉汞气相外延材料的N型热处理方法步骤为：

在碲镉汞材料气相外延生长程序结束后，直接降温到所需温度对生长后的外延材料进行热处理，热处理过程中保持氢气的流通,具体热处理温度及时间根据材料所处波段确定，对于组分x为0.263～0.329的中波Hg_1-xCd_xTe外延材料，温度为350℃，时间为1小时；对于组分为0.231～0.254的长波Hg_1-xCd_xTe材料，温度为220℃，时间为5小时。

本发明提供的碲镉汞气相外延材料的N型热处理方法，其优点在于，生长完毕后的样品无需取出，可直接在气相外延腔体中对其进行原位热处理，避免了样品表面过多的沾污；同时本发明所提供的热处理方法，在处理过程中不需再添加汞源便可实现对外延材料的N型电学参数的调整，简单，方便，快捷；该方法也能保证HgCdTe材料表面形貌的完整性。

本发明提供的热处理方法，实现了从不均匀的N型气相外延材料到均匀的N型气相外延材料的转变，为HgCdTe红外光导器件的制备提供了有效的材料基础。

附图说明

图1：热处理用石墨舟及样品放置示意图。

图2：热处理工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图2，对本发明中提到的碲镉汞气相外延材料的N型热处理工艺，进行详细说明（这里以长波碲镉汞为例）：，

热处理工艺分以下几个步骤:

1在氮气操作箱中将称量好的生长源以及处理好的气相外延生长用衬底放入石墨舟，再将其放入石英小套管内。然后将装有样品的石英小套管推入气相外延系统的石英腔体内，关闭腔体。整个操作过程要做到安全、稳定、快捷，避免材料与外界有过多的接触，以避免不必要的沾污；