[发明专利]一种提高n型碲镉汞体晶载流子输运参数的方法

说明书

本发明公开了一种用于提高n型碲镉汞体晶载流子输运参数的方法。本发明利用碲镉汞半导体材料中Te‑Hg键结合能低的特点，通过氩离子束刻蚀在n型碲镉汞体内产生大量的汞填隙原子，在表面形成汞原子的稳态扩散源，汞填隙原子在体内扩散的同时，对材料内部的汞空位进行填充，实现对n型碲镉汞载流子浓度的有效调整；刻蚀过程中，汞填隙原子在氩离子的碰撞中获得能量，扩散过程中能量的释放也会改善材料内部可能存在的应力和缺陷，从而提高n型碲镉汞载流子迁移率。本方法操作简单，工艺周期短，采用该方法处理后的n型材料载流子输运参数得到明显改善，大大提高了材料的成品率。

技术领域

本发明涉及单晶或具有一定结构的均匀多晶化合物材料的后处理技术，具体涉及用于中长波光导型碲镉汞探测器的晶体材料载流子输运参数的提高方法。

背景技术

碲镉汞是制备红外探测器的重要半导体材料，用熔体法生长的碲镉汞晶体材料制备的光导型红外探测器已在气象卫星、海洋卫星、导弹制导、红外热像仪和测温及环境保护等各种领域得到广泛的应用。

碲镉汞材料的电学性质通常是由偏离化学配比的点缺陷所决定，由于汞空位的激活能较低，人们一般采用热处理技术，通过改变汞压和热处理温度，调控材料中汞空位浓度，达到调整材料电学性能的目的。在碲镉汞材料中，汞空位是p型受主，材料中的剩余杂质为施主，因此，通过热处理技术，当汞空位浓度远低于剩余施主浓度时，非掺杂碲镉汞材料呈n型。增加材料中的汞空位受主，当空穴浓度大于施主所产生的电子浓度时，碲镉汞材料呈p型。

制备光导型碲镉汞探测器的n型材料，是通过对碲镉汞原生晶片进行n型热处理获得，常规热处理周期不少于30天。文献[1]提到可以短时间内调整碲镉汞导电类型和载流子浓度的热处理方法，实现低载流子浓度的n型碲镉汞材料制备，但是热处理周期也要10-30天左右。热处理工艺的检验一般是对材料进行范德堡法霍尔测试，通过测量载流子输运参数来进行。载流子浓度和迁移率是n型晶片的主要筛选依据，只有满足77k下载流子浓度小于1×10¹⁵cm^－3，迁移率大于20000cm²/V·s的n型材料才会用于碲镉汞光导器件制备。但在实际工艺中，经常会筛到载流子输运参数差的晶片，主要是由于热处理不充分使得n型材料存在p型夹心层造成的。若将这类夹心晶片再次热处理，不仅工艺周期变长且也不能保证热处理后的效果，所以，热处理不充分的这类n型材料一般不予使用。

在碲镉汞器件制备技术中，离子束诱导转型成结是在微电子工艺基础上发展起来的一种简单易行的成结技术。当加速的氩离子轰击p型碲镉汞表面时，由于碲镉汞材料中汞原子极不稳定，近表面汞原子脱离原来的晶格位置被激发出来，在刻蚀表面下形成汞源，快速向碲镉汞体内扩散。汞原子进入晶格形成汞填隙原子，进一步扩散，使得汞空位湮灭，导致电学性质发生转变，呈现n型。文献[2]中利用氩离子刻蚀p型碲镉汞体晶，发现刻蚀后180微米厚的碲镉汞全部转为n型，且转型后形成两个电学性质不同的表面电子层和体电子层，其中体电子层符合标准的n型碲镉汞材料电学特性。由此可见，离子束诱导碲镉汞转型和热处理转型的相似点都是汞原子进入材料内部，改变本征点缺陷的浓度和分布，从而实现电学性质的转变。

文献涉及到的参考文献如下：

[1].兆瑞.碲镉汞的热处理[J].激光与红外.1979,8:49-51.

[2].徐国庆,刘向阳,张可锋,杜云辰,李向阳.离子束刻蚀碲镉汞晶体的电学特性研究[J].物理学报.2015,64(11):116102.

发明内容

针对热处理不充分导致n型碲镉汞载流子输运参数差的问题，本发明的目的是提供一种工艺简单，操作快捷的提高n型碲镉汞体晶载流子输运参数的方法。

为达到上述目的，本发明了采用离子束刻蚀工艺实现提高n型碲镉汞体晶载流子输运参数的技术方案。

本发明的技术解决方案如下：