[发明专利]一种碲锌镉衬底中无第二相夹杂的控制方法

说明书

本发明公开了一种碲锌镉(CdZnTe)衬底中第二相夹杂的控制方法。包含一种原材料配比的设计和晶片退火处理方法，二者合一形成完整的技术方案。区别于传统的第二相夹杂改进方法，该方法利用原料精确配比设计，控制晶体中的第二相夹杂的种类、尺寸和密度，并利用晶片退火工艺对衬底进行后处理，可以实现衬底中无第二相夹杂，处理后的碲锌镉衬底质量得到极大地提升。

技术领域

本发明涉及红外探测器技术领域，尤其涉及一种碲锌镉衬底中无第二相夹杂的控制方法。

背景技术

随着三代碲镉汞探测器的技术水平不断发展，双多色、长波、甚长波、大面阵、高性能组件对碲锌镉衬底的质量要求也越来越高。碲锌镉作为理想的碲镉汞外延生长衬底材料，对其质量均匀性尤其是夹杂有很高的要求，夹杂作为降低组件性能的主要缺陷之一，其尺寸减小以及消除研究对组件性能提高具有重要意义。进行外延时，作为衬底材料，其第二相夹杂作为体缺陷会延伸到碲镉汞外延层中，形成相应的外延缺陷，进而严重影响到外延膜的质量或造成外延膜部分损坏，进而导致器件的盲元率增加，严重降低器件性能。大尺寸夹杂也会破坏晶格，进而导致晶体中位错密度的聚集和增殖；其次，第二相夹杂缺陷能够阻挡碲镉汞探测器组件的红外光吸收，从而降低光敏单元对信号的探测效率，从而降低器件的能量分辨率和探测效率。因此，去除掉碲锌镉衬底中的第二相夹杂，获得高质量的碲锌镉衬底材料对于提升碲镉汞红外探测器的性能具有十分重要的意义。

通常碲锌镉晶体生长技术采用富Te气氛生长，这是由于富Te原料生长时，生长温度较低，晶体更易生长，但晶体中会存在大量的Te夹杂。由于元素Te的熔沸点较高，同时Te具有更大的电负性，导致Te夹杂一旦形成不易分解，且热扩散性较差，因此在晶体中形成Te夹杂后难以实现完全去除。

另外，晶体中的夹杂浓度较高或尺寸过大时，后续的热处理过程导致晶格无法获得完全修复，会留下可见的退火痕迹，降低衬底的晶格质量，因此晶体中的夹杂需要控制在小的浓度和尺寸范围内。一般地，碲锌镉晶体中的夹杂尺寸要小于10μm，加工成晶片后内部夹杂可通过热处理过程进行消除，进一步减小夹杂的尺寸。

第二相夹杂来源于碲锌镉晶体生长过程中，晶体中的富Te或富Cd液滴包裹，会导致大尺寸夹杂的产生。另外由碲锌镉晶体相图可知，生长结束后，在富Te及富Cd侧，随着温度的降低，其在晶体内部逐渐析出，在夹杂处富集进一步变大，在晶体中产生Te或Cd的夹杂。夹杂的种类、尺寸、形态和密度与晶体的原料配比、多晶料合成方式、晶体生长过程和晶片的后处理工艺均有重要的关联。特别是近些年国内外研究者对碲锌镉晶片的退火进行了大量的研究，研究结果表明，退火对晶体的Te和Cd夹杂均有一定的改善，但无法完全消除，尤其是Te夹杂，很难进行完全消除，这对于提高碲镉汞探测器的性能是非常不利的，因此我们提出通过工艺设计，固定晶体中的夹杂为Cd夹杂，进一步改进晶片的退火工艺，可将晶片中的Cd夹杂全部去除，最终可实现碲锌镉衬底中无第二相夹杂。

发明内容

本发明实施例提供一种碲锌镉衬底中无第二相夹杂的控制方法，用以有效去除碲锌镉衬底中的第二相夹杂，从而获得高质量的碲锌镉衬底材料。

本发明实施例提出一种碲锌镉衬底中无第二相夹杂的控制方法，包括：

按照预设原料配比对单质的碲锌镉进行配比，获得单质混合材料，其中所述预设原料配比满足镉原料过量；

将所述单质混合材料制成碲锌镉晶体，经切割和研磨后制成碲锌镉研磨片，并将所述碲锌镉研磨片放入装有退火源的退火炉中在预设退火条件下进行退火，获得退火后的碲锌镉研磨片，所述退火源包括预设比例的单质镉和单质锌；

对所述退火后的碲锌镉研磨片进行抛光，获得无第二相夹杂的碲锌镉衬底。

在一实施方式中，所述将所述碲锌镉研磨片放入装有退火源的退火炉中在预设退火条件下进行退火包括：

将所述退火源与所述碲锌镉研磨片分开放置，且所述退火源与所述碲锌镉研磨片之间的距离大于预设距离阈值；