[发明专利]一种消除碲锌镉材料沉淀相缺陷的热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体材料热处理技术，具体涉及一种消除碲锌镉材料沉淀相缺陷的热处理方法。

技术背景

材料是一种具有广泛用途的半导体材料。它和窄禁带的HgCdTe材料在晶格上可实现完全匹配，是HgCdTe外延的优选衬底材料，已被广泛应用于制备高性能红外焦平面探测器；材料同时也是探测X射线和γ射线的光敏感材料，用其制备的γ探测器在性能上明显优于Si探测器。基于材料的光电探测器在航天、航空、地面和海洋遥感探测领域都具有重要的应用，是实现地球资源探测、环境评估、气象预报、军事侦察、预警、跟踪以及核环境评估所需的核心元器件。

和广泛应用的Si材料和GaAs材料相比，碲锌镉材料的缺陷形成能非常低，热导率又非常低，生长出的碲锌镉晶锭大都为多晶粒材料，并或多或少含有富碲或富镉沉淀相缺陷。单晶材料是从大的晶粒中切割出来的，材料中的缺陷则需要通过热处理工艺来进行调整。热处理是通过加热沉淀相缺陷，并利用气相改变热沉淀相缺陷(液态或固态)，使其进入过饱和状态后在四周的晶体表面发生外延，进而达到减小缺陷尺寸的目的。由于材料的气相平衡蒸气压以Cd压为主，热处理工艺一般都设置Cd源来维持材料晶体结构的完整性，气相中的Cd分压用Cd源的温度来调节和控制。为了使热处理系统中维持稳定的Cd源和Cd分压，在现有热处理工艺中，将材料和Cd源被放置在封闭的石英安瓿中，样品和Cd源分置安瓿的两端，通过管式加热炉对样品和Cd源进行加热和独立的温度控制。样品温度的高低影响着沉淀相缺陷转变过程的快慢，Cd源温度的高低则影响着沉淀相缺陷是否能够朝着减小缺陷尺寸的方向发生转变，热处理的时间长短则影响着缺陷的转变过程是否充分。

Vydyanath^[1]，Sen^[2]和Belas^[3]等人的研究结果均表明，利用富镉状态(与气相平衡的晶体处于富镉化学计量比的状态)的热处理工艺可有效减小富碲沉淀相缺陷的尺寸，而采用富碲状态进行的热处理可减小富镉沉淀相缺陷的尺寸。上述结果已被其他许多作者在发表的论文中引用和证实，热处理确实能有效减小沉淀相缺陷的尺寸，进而降低缺陷显露在材料表面的面密度。

采用石英安瓿的闭管热处理工艺消除或减小碲锌镉材料缺陷固然是一种很有效的技术，但这一技术在实现方式上也存在着一些不足之处，这些不足之处包括：制备的安瓿只能一次性使用，对于大尺寸的衬底材料(目前常规工艺的尺寸已达到60×50mm²)而言，使用石英安瓿以及由此引入的石英管清洗、除气和封官等制作工艺会造成材料制备的成本大幅提高；石英安瓿不能有效使用H₂作为热处理的保护气体，不能有效去除材料表面的氧化层，结果导致热处理工艺中缺陷变化过程的不稳定性；再有，采用闭管热处理技术，材料批量化热处理的效率也比较低。

参考文献：

[1]H.R.Vydyanath，J.Ellsworth，J.J.Kennedy，et al.Recipe to minimize Te precipitation in CdTe and(Cd，Zn)Te crystals[J].Journal of Vacuum Science&Technology B，1992，10:1476-1484

[2]S.Sen，C.S.Liang，D.R.Rhiger，et al.Reduction of substrate defects and relation to epitaxial HgCdTe quality[J].J.Electron.Mater.1996，25:1188-1195

[3]E.Belas，M.Bugár，R.Grill，et al.Reduction of inclusions in(CdZn)Te and CdTe:In single crystals by post-growth annealing[J].J.Electron.Mater.2008，37:1212-1218

[4]J.H.GREENBERG,V.N.GUSKOV,M.FIEDERLE,et.al.,Experimental Study of Non-Stoichiometry in Cd_1-xZn_xTe_1-δ，Journal of ELECTRONIC MATERIALS,33(6),2004:719-723

发明内容