[发明专利]碲镉汞材料高温热处理方法

说明书

本发明涉及单晶或具有一定结构的均匀多晶材料之后处理，特别是用于降低碲隔汞半导体材料位错密度的高温热处理方法，该方法也适用于碲镉汞材料中掺杂原子电性的激活。

在航天和航空遥感、军用光电子对抗技术、信息技术及工业测温等领域中，红外探测器有着广泛的应用。随着红外焦平面探测技术的发展，大面积碲隔汞(HgCdTe)薄膜材料在制备红外探测器中已得到了大量的使用，如何提高材料的质量来满足红外焦平面器件的要求是该技术领域中的一个关键环节。

大面积碲隔汞薄膜材料是用外延技术在一定的衬底材料上制备而成的，由于衬底与碲镉汞外延层之间的晶格失配，外延材料中会存在位错缺陷，降低失配位错密度一般需要通过高温热处理工艺。另外，目前正在研究和开发的P-on-N结构的红外焦平面器件，也要求用高温热处理来激活离子注入掺入的砷原子，即将注入的砷原子送入碲原子的晶格位置，使其成受主型掺杂原子。目前，国外在碲镉汞高温热处理均采用高压型的热处理装置，如：J．M．Arias，et．atJ．Vac．Sci．TechnolB9(3)，1646(1991)，C．C．Wang et．alJ．Electrochem．Soc．127(8)，175(1980)，和传统的用石英安瓿进行的汞源热处理工艺相比，高压型设备要求提高了很多。

本发明的目的在于通过改进传统的石英安瓿热处理方法，提供了和高压热处理工艺效果同样的一种新型的高温热处理方法。

本发明的目的通过如下技术方案达到：本方法先将样品和源分置安瓿两头，样品温度略高于源温3～5℃，其热处理源为含碲汞源并加保护性气体(Forming Gas)，如：氩气、氮气或氢气，利用碲源和保护性气体抑制高温下碲镉汞材料自身的绝对蒸发量，在400～500℃温度范围内进行热处理。所说的Hg-Te热处理源含碲的原子比例大于汞对碲的最大溶解度，小于50％；所用保护性气体室温下的压力在4×10⁴～6×10⁴Pa范围，既能为热处理提供足够的汞压，同时又能满足石英安瓿封管的要求。

为阐述方便，先对本发明附图说明如下：

图1．为传统的碲镉汞石英安瓿汞源热处理装置示意图。

图2．为传统纯汞源490℃热处理对碲镉汞材料表面的破坏情况的形貌图。

图3．为用含碲的汞源经490℃热处理后碲镉汞材料表面形貌图，其表面受破坏的程度受到了一定的抑制。

图4．为本发明采用的充保护性气体和碲-汞源石英安瓿碲镉汞高温热处理装置示意图。

图5．为采用本发明后在490℃30分钟热处理前碲镉汞材料表面Nomarski形貌图。

图6．为采用本发明后在490℃30分钟热处理后碲镉汞材料表面Nomarski形貌图，表面完整性得到很好保持。

图7．为采用纯汞加保护性气体经490℃30分钟热处理后碲镉汞材料表面形貌图，仍无法保持表面的完整性。

图8．为采用本发明热处理工艺前碲镉汞材料表面位错坑密度的形貌图。

图9．为采用本发明热处理工艺后碲镉汞材料表面位错坑密度的形貌图，表明有效地较低了材料中的位错密度。

下面结合附图对本发明的方法作进一步阐述和分析。

请参见图1，传统的石英安瓿汞源热处理装置的示意图，源和样品分置安瓿两头，汞源温度略低于样品3～5℃。实验中发现，传统的汞源热处理工艺在400℃以上时，碲镉汞材料的表面将受到严重破坏，理论计算表明，如：Yang Jianrong，J．Crystal Growth，126，695(1993)，高温下碲镉汞材料所需的碲原子和镉原子的平衡蒸汽压将提高到10-3Pa量级，表面原子的蒸发束流达到10¹⁵／cm²s，传统的汞源热处理工艺一般均忽略了这一效应，未在安瓿中提供相应的碲和镉的蒸汽压，因此，当这种工艺用于高温热处理时，由于碲镉汞材料表面碲和镉原子的不断挥发，导致了碲镉汞材料表面层的结构受到了破坏。请参见图2，在图2显示了表面受到破坏的情况。