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《中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)》 2017年
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长波HgCdTe红外探测器面阵的结区光电功能表征与分析

李彦涛  
【摘要】:红外焦平面探测器因为具有较高的分辨率、较强的抗干扰性能和较强的穿透能力,已经被广泛应用于军事和民用领域。碲镉汞(HgCdTe)材料具有带隙连续可调、高量子效率和高电子迁移率等优点,因此可用于生产高性能红外焦平面探测器(FPA),然而,干法刻蚀引起的HgCdTe材料表面的损伤严重制约了红外焦平面探测阵列的性能。本文采用具有高信噪比和高空间分辨率的光电流面扫描方法(SPCM)来表征Hg空位p型Hg_(1-x)Cd_xTe(x=0.22)材料刻蚀损伤器件(具有四个不同刻蚀温度区域)。最后发现,SPCM的峰值信号随着刻蚀温度的降低而减小,说明我们可以采取不同的刻蚀温度来调控干法刻蚀诱导的材料表面反型程度,我们的工作为在制作大规模红外焦平面过程中寻找最优的刻蚀工艺提供了有效参考。然后,我们也采用SPCM方法和Sentaurus TCAD软件对B+离子注入形成的n-on-p结进行了研究。最后,我们基于这两项研究获得了一些创新性结果:1.基于SPCM方法,制备了干法刻蚀HgCdTe样品,并提取得到不同刻蚀温度区域(273K、223K、173K和123K)的材料表面n型扩展区的大小分别为2.6mm,2.1mm,1.6mm和1.2mm。在n型反型区不同的电子浓度下,模拟得到的SPCM信号和实验所得到的SPCM信号比较一致,说明SPCM信号的峰值信号随着刻蚀温度的降低而减小的现象主要是由n型反型区不同的电子浓度造成的,并且n型反型区的厚度随着刻蚀温度的增加而增大。2.对于中波(x=0.30)HgCdTe器件,低温和高温下具有相近的SPCM信号,说明该中波HgCdTe器件在制作过程中引入的缺陷较少,同时,扩展区的大小和温度以及像元大小都没有直接的关系。3.结转变:对于长波(x=0.22)HgCdTe器件,低温下的长波器件为n-on-p结构,中间温度(100K-150K)下的长波器件为n-on-n-结构,较高温度(150K-290K)下的长波器件为n--on-n-on-n-结构。随着温度的升高,B+离子注入区的少子扩散长度逐渐减小,这是因为随着温度升高B+离子注入区中的复合中心被激活,导致少子寿命减小。根据实验结果模拟拟合得到陷阱能级为37.63me V,77K下,组分为0.22的HgCdTe材料的禁带宽度约为0.1272e V,因此陷阱能级约占了带隙的三分之一。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN215

【参考文献】
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