CN101083289A - 碲镉汞薄膜材料表面氧化膜层的处理工艺 - Google Patents

碲镉汞薄膜材料表面氧化膜层的处理工艺 Download PDF

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Abstract

碲镉汞薄膜材料表面氧化膜层的处理工艺，是将碲镉汞薄膜材料先用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗后，经溴和无水乙醇溶液腐蚀，再用乳酸和乙二醇溶液进行表面处理，可获得氧化物极少甚至无氧化物的碲镉汞表面。可大大提高碲镉汞光伏探测器阵列的光电性能、成品率和可靠性，整个工艺过程简单，操作方便，重复性好，实用性强，对人体基本无伤害。可广泛用于碲镉汞材料表面的制备和碲镉汞光电器件的制造。

Description

碲镉汞薄膜材料表面氧化膜层的处理工艺
技术领域
本发明涉及碲镉汞薄膜材料表面氧化膜层的处理工艺，具体涉及采用金属有机物化学汽相淀积方法，以及分子束外延方法生长的碲镉汞薄膜材料表面氧化膜层的处理工艺，该工艺主要用于红外材料和红外探测器等光电子领域。
背景技术
由于碲镉汞薄膜材料具有优越的光学、磁学、电学等性质，因而被广泛地应用于光电器件中，尤其是应用于高性能红外成像系统的红外探测器阵列。而碲镉汞光伏探测器阵列是红外焦平面器件的核心，因此，如何有效地制备出满足高性能红外探测器要求的晶体表面，一直是研究人员多年探索的课题。在碲镉汞红外探测器的制造工艺中，要求对这种窄带隙半导体材料的表面加以严格控制，使表面具有均匀的化学配比、无晶体缺陷、极少的表面氧化和其他表面沾污。由于碲镉汞为三元合金材料，在表面处理工艺中很容易导致化学配比不均匀的表面，如出现化学偏析和镉不足，也容易使表面产生氧化膜层和缺陷，最终很难获得化学配比均匀且无氧化的光洁表面。在以绝缘或半绝缘介质作为钝化层的钝化工艺中，碲镉汞的表面氧化层不仅影响界面特性，而且直接影响到钝化层的介质特性，最终影响探测器阵列的光电性能、成品率、可靠性。目前通常采用溴和甲醇溶液进行表面处理，但容易使表面产生“桔皮”问题。同时，甲醇对人的眼睛损害较大，长期接触将导致眼睛失明。为此，研究人员多年来一直寻找能有效地制备出满足高性能红外探测器要求的表面处理方法。人们对不同的碲镉汞表面处理方法进行了探索和研究(Y.Nemirovsky，et.，J.Vac.Sci.Technol.，1989，A7(2)，450-459；J.P.Ziegler，et.，1989，A7(2)，469-473；Hao-xin Yuan，et.，Opt.Eng.，1993，32(3)，365-371)，但仍未找到一种较为理想的处理方法。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种碲镉汞薄膜材料的表面氧化膜层处理工艺，用此方法，使经处理的碲镉汞薄膜材料不仅具有均匀的化学配比、光洁、无晶体缺陷的表面，而且具有氧化物极少甚至无氧化物的碲镉汞表面，对提高碲镉汞光伏探测器阵列的光电性能、成品率、可靠性非常有利，整个工艺过程简单，操作方便，实用性强。
碲镉汞薄膜材料表面氧化膜层的处理工艺，包括对碲镉汞薄膜材料进行清洗处理；腐蚀处理和表面处理；其特征在于：
A、先对碲镉汞薄膜材料进行清洗处理：
a、在丙酮溶液中浸泡2～3分钟；
b、在无水乙醇中浸泡1～2分钟；
c、在室温下的去离子水中清洗1～2分钟；
d、用高纯氮气(99％)吹干。
B、再对碲镉汞薄膜材料进行腐蚀处理：
a、将吹干的碲镉汞薄膜材料用溴和无水乙醇溶液腐蚀，溴和无水乙醇溶液的体积比为(0.005～0.05)∶1，腐蚀时间为10～60秒，并在腐蚀过程中不停地摇晃碲镉汞薄膜材料；
b、在无水乙醇中清洗1～2分钟。
C、最后对碲镉汞薄膜材料进行表面处理：
a、将碲镉汞薄膜材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的体积比为(0.03～0.1)∶1，在溶液中浸泡1～2分钟；
b、随后将碲镉汞薄膜材料用无水乙醇清洗1～2分钟；
c、再用去离子水清洗洗1～2分钟；
d、最后用高纯氮气吹干。
应用本发明碲镉汞薄膜材料表面氧化膜层的处理工艺，通过表面处理减少或去除碲镉汞表面的氧化物，可大大提高碲镉汞光伏探测器阵列的光电性能、成品率和可靠性。特别是对改善和提高碲镉汞表面钝化的质量和效果，将起关键的作用。整个工艺过程简单，操作方便，重复性好，实用性强，对人体基本无伤害，可广泛用于碲镉汞材料表面的制备和碲镉汞光电器件的制造。
附图说明
图1是本发明处理的碲镉汞薄膜材料表面所采集的碲(Te3d)的光电子能谱；
图2是本发明处理的碲镉汞薄膜材料表面所采集的镉(Cd3d)的光电子能谱；
图3是本发明处理的碲镉汞薄膜材料表面所采集的汞(Hg4f)的光电子能谱；
图4是本发明处理的碲镉汞薄膜材料表面所采集的氧(O1s)的光电子能谱；
图5是本发明处理的碲镉汞薄膜材料表面的电子通道花样。
图1中的Te3d5/2仅有一个单峰，表明表面几乎无氧化状态的碲出现。对图中的Cd3d和Hg4f谱进行分析得出，由于Hg和Cd的化学位移极小，说明HgCdTe表面含Hg和Cd的氧化物较少。为了确定表面的化学成分，用高斯型曲线对O1s进行拟合，O1s高斯型拟合曲线仅有一个单一的峰位存在，拟合曲线与实验曲线完全重合，峰位的结合能为532.6eV，它对应于表面上的物理吸附氧(如氢-氧或碳-氧团族)表明，在探测极限范围内，碲镉汞薄膜材料的表面无氧化物存在。从图5可以看出处理后的电子通道花样比处理前的衬度明显提高，高次线的数目也明显增多。这是因为处理后HgCdTe表面的氧化物得以减少和去除，从而使HgCdTe表面形貌得以改善。
具体实施方式
以下实施例所选用的碲镉汞(Hg1-xCdxTe)薄膜材料，是在碲锌镉(CdZnTe)衬底上通过分子束外延方法生长的薄膜材料，材料的化学配比为x＝0.208mol。
实施例1
A、先在丙酮溶液中浸泡2～3分钟，再放入无水乙醇中浸泡1～2分钟，随后在室温下的去离子水中清洗1～2分钟，用高纯氮气吹干；
B、将吹干的碲镉汞薄膜材料用溴和无水乙醇溶液腐蚀，溴和无水乙醇溶液的体积比为0.005∶1，腐蚀时间为60秒，并在腐蚀过程中不停地摇晃碲镉汞薄膜材料；然后放在无水乙醇中清洗1～2分钟；
C、立即将碲镉汞薄膜材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的体积比为0.03∶1，在溶液中浸泡2分钟，随后将碲镉汞薄膜材料用无水乙醇清洗1～2分钟，再用去离子水清洗1～2分钟，最后用高纯氮气吹干。
实施例2
A、先在丙酮溶液中浸泡2～3分钟，再放入无水乙醇中浸泡1～2分钟，随后在室温下的去离子水中清洗1～2分钟，用高纯氮气吹干；
B、将吹干的碲镉汞薄膜材料用溴和无水乙醇溶液腐蚀，溴和无水乙醇溶液的体积比为0.007∶1，腐蚀时间为50秒，并在腐蚀过程中不停地摇晃碲镉汞薄膜材料；然后放在无水乙醇中清洗1～2分钟；
C、立即将碲镉汞薄膜材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的体积比为0.05∶1，在溶液中浸泡90秒钟，随后将碲镉汞薄膜材料用无水乙醇清洗1～2分钟，再用去离子水清洗1～2分钟，最后用高纯氮气吹干。
实施例3
A、先在丙酮溶液中浸泡2～3分钟，再放入无水乙醇中浸泡1～2分钟，随后在室温下的去离子水中清洗1～2分钟，用高纯氮气吹干；
B、将吹干的碲镉汞薄膜材料用溴和无水乙醇溶液腐蚀，溴和无水乙醇溶液的体积比为0.01∶1，腐蚀时间为30秒，并在腐蚀过程中不停地摇晃碲镉汞薄膜材料；然后放在无水乙醇中清洗1～2分钟；
C、立即将碲镉汞薄膜材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的体积比为0.08∶1，在溶液中浸泡70秒钟，随后将碲镉汞薄膜材料用无水乙醇清洗1～2分钟，再用去离子水清洗1～2分钟，最后用高纯氮气吹干。
实施例4
A、先在丙酮溶液中浸泡2～3分钟，再放入无水乙醇中浸泡1～2分钟，随后在室温下的去离子水中清洗1～2分钟，用高纯氮气吹干；
B、将吹干的碲镉汞薄膜材料用溴和无水乙醇溶液腐蚀，溴和无水乙醇溶液的体积比为0.03∶1，腐蚀时间为30秒，并在腐蚀过程中不停地摇晃碲镉汞薄膜材料；然后放在无水乙醇中清洗1～2分钟；
C、立即将碲镉汞薄膜材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的体积比为0.1∶1，在溶液中浸泡1分钟，随后将碲镉汞薄膜材料用无水乙醇清洗1～2分钟，再用去离子水清洗洗1～2分钟，最后用高纯氮气吹干。
实施例5
A、先在丙酮溶液中浸泡2～3分钟，再放入无水乙醇中浸泡1～2分钟，随后在室温下的去离子水中清洗1～2分钟，用高纯氮气吹干；
B、将吹干的碲镉汞薄膜材料用溴和无水乙醇溶液腐蚀，溴和无水乙醇溶液的体积比为0.05∶1，腐蚀时间为10秒，并在腐蚀过程中不停地摇晃碲镉汞薄膜材料；然后放在无水乙醇中清洗1～2分钟；
C、立即将碲镉汞薄膜材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的体积比为0.1∶1，在溶液中浸泡1分钟，随后将碲镉汞薄膜材料用无水乙醇清洗1～2分钟，再用去离子水清洗洗1～2分钟，最后用高纯氮气吹干。
利用X射线光电子谱分别对经上述工艺处理的碲镉汞表面进行了测量、分析。结果表明在探测极限范围内，碲镉汞薄膜材料的表面只有物理吸附氧，表面无氧化物存在，进一步说明采用本发明的处理工艺，可获得氧化物极少甚至无氧化的碲镉汞表面。
整个工艺过程简单，操作方便，重复性好，实用性强，对人体基本无伤害，可广泛用于碲镉汞材料表面的制备和碲镉汞光电器件的制造。

Claims (1)

1.碲镉汞薄膜材料表面氧化膜层的处理工艺，包括对碲镉汞薄膜材料进行清洗处理；腐蚀处理和表面处理；其特征在于：
A)先对碲镉汞薄膜材料进行清洗处理：
a)在丙酮溶液中浸泡2～3分钟；
b)在无水乙醇中浸泡1～2分钟；
c)在室温下的去离子水中清洗1～2分钟；
d)用高纯氮气吹干。
B)再对碲镉汞薄膜材料进行腐蚀处理：
a)将吹干的碲镉汞薄膜材料用溴和无水乙醇溶液腐蚀，溴和无水乙醇溶液的体积比为(0.005～0.05)∶1，腐蚀时间为10～60秒，并在腐蚀过程中不停地摇晃碲镉汞薄膜材料；
b)在无水乙醇中清洗1～2分钟。
C)最后对碲镉汞薄膜材料进行表面处理：
a)将碲镉汞薄膜材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的体积比为(0.03～0.1)∶1，在溶液中浸泡1～2分钟；
b)随后将碲镉汞薄膜材料用无水乙醇清洗1～2分钟；
c)再用去离子水清洗洗1～2分钟；
d)最后用高纯氮气吹干。
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