CN102867859B - 双色红外探测材料的制备方法及系统 - Google Patents
双色红外探测材料的制备方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种双色红外探测材料的制备方法及系统，该方法制备双色红外探测材料需要的层数少，制备工艺简单。其制备方法包括：对InSb晶体先进行前期处理操作，获得外延级（211）晶向的InSb衬底；对所述（211）晶向的InSb衬底进行处理，获得HgCdTe分子束外延所要求的表面态；在所述（211）晶向的InSb衬底上进行CdTe缓冲层的生长；然后再进行HgCdTe薄膜的生长；在保护气体条件下，将生长后的所述HgCdTe薄膜加热到预定温度200-300℃，保温时间为16-30小时，降温得到双色红外探测材料；双色红外探测材料的制备系统包括：处理设备、分子束外延系统和热处理设备。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种双色红外探测材料的制备方法及系统。
背景技术
红外探测芯片可广泛应用于侦察、资源调查、天文观测等军事和民事领域。双/多色红外探测芯片由于可实现同时进行两个或多个波段红外辐射的探测，具有更好的目标探测和识别能力，属于高性三代红外焦平面器件，是各种高端军用或民用系统的核心器件。
目前双色红外探测芯片主要采用碲镉汞薄膜材料，该材料基于碲锌镉衬底或其它替代衬底，采用分子束外延方法制备特定组分的多层碲镉汞薄膜，进而制备双色红外探测芯片。
现有技术的缺点：制备碲镉汞薄膜的层数多，制备的工艺复杂。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供双色红外探测材料制备方法，以解决上述工艺复杂的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
双色红外探测材料的制备方法，该材料包括InSb和HgCdTe，该材料的制备方法包括以下步骤：
对InSb晶体先进行切、磨和抛光处理操作，获得外延级的（211）晶向的InSb衬底；
对所述（211）晶向InSb衬底进行处理，获得HgCdTe分子束外延所要求的表面态；
在所述（211）晶向InSb衬底上进行CdTe缓冲层的生长；
进行HgCdTe薄膜的生长；
在保护气氛条件下，将生长后的所述HgCdTe薄膜加热到预定温度200-300℃，保温时间为16-30小时，降温得到双色红外探测材料。
优选地，所述切、磨和抛光处理操作具体包括：
对所述InSb晶体进行定向切割，得到（211）晶向InSb衬底，所述（211）晶向InSb衬底的厚度为730-770微米；
将切割后的所述InSb晶体进行粗磨，再进行精磨；
对精磨后的所述InSb晶体进行机械抛光；
对机械抛光后的所述InSb晶体进行化学抛光；
对化学抛光后的所述InSb晶体进行测试。
优选地，所述（211）晶向InSb衬底的厚度为750微米。
优选地，在所述（211）晶向InSb衬底上进行CdTe缓冲层生长的步骤具体为：
将所述（211）晶向的InSb衬底在除气温度为350-450℃的条件下除气，再在Te束的保护条件下，升高InSb衬底的温度至480-520℃，去除表面氧化层；
降温到290℃，打开CdTe的束流，进行CdTe缓冲层生长，CdTe厚度为2-4微米。
优选地，CdTe厚度为3微米。
优选地，所述除气温度为400℃。
优选地，所述再进行HgCdTe薄膜的生长的步骤具体为：
设定Hg、CdTe和Te束流，将InSb衬底的温度降到190℃，打开Hg、CdTe和Te束流，使HgCdTe薄膜厚度达到7-8微米。
优选地，所述预定温度为230-270℃，保温时间为20-25小时。
本发明还提供了一种双色红外探测材料的制备系统，该系统包括：
处理设备，用于对InSb晶体先进行切、磨和抛光处理操作，获得外延级的（211）晶向的InSb衬底；
分子束外延系统，用于对所述（211）晶向InSb衬底进行处理，获得HgCdTe分子束外延所要求的表面态，以及在所述（211）晶向InSb衬底上进行CdTe缓冲层的生长，还用于进行HgCdTe薄膜的生长；
热处理设备，用于在保护气氛条件下，将生长后的所述HgCdTe薄膜加热到预定温度200-300℃，保温时间为16-30小时，然后降温得到双色红外探测材料。
优选地，所述处理设备还包括：
切割设备，用于对所述InSb晶体进行定向切割，得到（211）晶向InSb衬底，所述（211）晶向InSb衬底的厚度为730-770微米；
打磨设备，用于将切割后的所述InSb晶体进行粗磨，再进行精磨；
机械抛光设备，用于对精磨后的所述InSb晶体进行机械抛光；
化学抛光设备，用于对机械抛光后的所述InSb晶体进行化学抛光；
测试设备，用于对化学抛光后的所述InSb晶体进行测试，获得外延级（211）晶向的InSb 衬底。
分子束外延系统具体用于：将所述（211）晶向的InSb衬底在除气温度为350-450℃的条件下除气，再在Te束的保护条件下，升高InSb衬底的温度至480-520℃，去除表面氧化层；降温到290℃，打开CdTe的束流，进行CdTe缓冲层生长，CdTe厚度为2-4微米；设定Hg、CdTe和Te束流，将InSb衬底的温度降到190℃，打开Hg、CdTe和Te束流，使HgCdTe薄膜厚度达到7-8微米。
本发明有益效果如下：
本发明的双色红外探测材料有InSb和HgCdTe两层膜层，膜层数量少，其方法包括：对InSb晶体先进行处理操作，获得外延级的（211）晶向的InSb衬底；对所述（211）晶向InSb衬底进行处理，获得HgCdTe分子束外延所要求的表面态；在所述（211）晶向InSb衬底上进行CdTe缓冲层的生长；进行HgCdTe薄膜的生长；在保护气氛条件下，将生长后的所述HgCdTe薄膜加热到预定温度200-300℃，保温时间为16-30小时，降温得到双色红外探测材料，本发明的双色红外探测材料的制备方法简单，技术相对简化。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明实施例1的双色红外探测材料的制备方法；
图2为本发明实施例2的双色红外探测材料的制备方法；
图3为本发明实施例3的双色红外探测材料的制备系统；
图4为本发明实施例4的双色红外探测材料的制备系统；
图5所示为本发明实施例2的双色红外探测材料结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，将省略本文所描述的器件中已知功能和结构的详细具体说明。
实施例1
如图1所示的本发明实施例提过了一种双色红外探测材料的制备方法，该材料包括InSb和HgCdTe，该材料的制备方法包括以下步骤：
S101、对InSb晶体先进行切、磨和抛光处理操作，获得外延级的（211）晶向的InSb衬底；
S102、对所述（211）晶向的InSb衬底进行处理，获得HgCdTe分子束外延所要求的表面态；
S103、在所述（211）晶向的InSb衬底上进行CdTe缓冲层的生长；
S104、然后再进行HgCdTe薄膜的生长；
S105、在保护气氛条件下，将生长后的所述HgCdTe薄膜加热到预定温度200-300℃，保温时间为16-30小时，降温得到双色红外探测材料。
其中，所述保护气氛为氢气和氮气。
本发明实施例的双色红外探测材料有InSb和HgCdTe两层膜层，膜层数量少，而且制备方法简单，技术相对简化，且得到的双色红外探测材料性能好。
实施例2
如图2所示的本发明的实施例提供了另一种双色红外探测材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
S201、对所述InSb晶体进行定向切割，得到（211）晶向的InSb衬底，所述（211）晶向的InSb衬底的厚度为730-770微米；
所述（211）晶向的InSb衬底的厚度为750微米。
S202、将切割后的所述（211）晶向的InSb晶体进行粗磨，再进行精磨；
S203、对精磨后的所述（211）晶向的InSb晶体进行机械抛光；
S204、对机械抛光后的所述（211）晶向的InSb晶体进行化学抛光；
先进行机械抛光，然后采用化学抛光方法，以去除加工过程中对所述（211）晶向的InSb晶体层的损伤。
S205、对化学抛光后的所述（211）晶向的InSb晶体进行测试，获得外延级的（211）晶向的InSb衬底；
本发明的实施例的测试具体为采用X光衍射仪对所述InSb晶体进行评价，并将清理干净的所述InSb晶体进行包装待用。
S206、对所述（211）晶向的InSb衬底进行湿化处理，获得HgCdTe分子束外延所要求的表面态；
在获得HgCdTe分子束外延所要求的表面态的同时，还要保证晶片表面的粗糙度和平整度。
S207、将所述（211）晶向的InSb衬底在除气温度为350-450℃的条件下除气，再在Te束的保护条件下，升高所述（211）晶向的InSb衬底的温度至480-520℃，去除表面氧化层；
作为本发明实施例的优选实施例，在Te束的保护条件下，升高InSb衬底的温度至500℃达到去除表面氧化层；
S208、降温到290℃，打开CdTe的束流，进行CdTe缓冲层生长，CdTe厚度为2-4微米；
在本步骤中通过高能电子衍射仪进行时时监测，当实验测得的CdTe缓冲层生长的厚度达到所要求的，则停止CdTe缓冲层生长，实验测得的CdTe缓冲层生长是时间约为4小时。
作为本发明实施例的优选实施例，CdTe厚度为3微米；
作为本发明实施例的优选实施例，所述除气温度为400℃；
S209、设定Hg、CdTe和Te束流，将InSb衬底的温度降到190℃，打开Hg、CdTe和Te束流，使HgCdTe薄膜厚度达到7-8微米；
在本步骤中通过高能电子衍射仪进行时时监测，当实验测得的HgCdTe薄膜生长的厚度达到要求后，停止HgCdTe薄膜生长，实验测得的HgCdTe薄膜生长的时间约为5小时。
S2010、在保护气氛条件下，将生长后的所述HgCdTe薄膜加热到预定温度200-300℃，保温时间为16-30小时，降温得到双色红外探测材料。
其中，所述保护气氛为氢气和氮气。
在预定温度200-300℃，保温时间为16-30小时，迅速降温得到双色红外探测材料。
本发明实施例采用的保护气氛为氮气和氢气。
作为本发明实施例的优选实施例，所述预定温度为230-270℃，保温时间为20-25小时。
如图5所示为本发明实施例的双色红外探测材料结构示意图，从图中可以清楚的看出本发明实施例的双色红外探测材料中各个膜层的分布关系。
实施例3
本发明实施例提供了一种双色红外探测材料的制备系统，参见图3，该系统包括：
处理设备301，用于对InSb晶体先进行切、磨和抛光处理操作，获得外延级的（211）晶向的InSb衬底；
分子束外延系统302，用于对所述（211）晶向的InSb衬底进行处理，获得HgCdTe分子束外延所要求的表面态，以及在所述（211）晶向的InSb衬底上进行CdTe缓冲层的生长，还用于进行HgCdTe薄膜的生长；
热处理设备303，用于在保护气氛条件下，将生长后的所述HgCdTe薄膜加热到预定温度200-300℃，保温时间为16-30小时，然后降温得到双色红外探测材料。
本发明实施例提供的双色红外探测材料的制备系统得到的双色红外探测材料有InSb和HgCdTe两层膜层，膜层数量少，而且制备方法简单，技术相对简化，且得到的双色红外探测材料性能好。
实施例4
本发明实施例提供了另一种双色红外探测材料的制备系统，参见图4，该系统包括：
切割设备401，用于对所述InSb晶体进行定向切割，得到（211）晶向InSb衬底，所述（211）晶向InSb衬底的厚度为730-770微米；
打磨设备402，用于将切割后的所述（211）晶向的InSb晶体进行粗磨，再进行精磨；
机械抛光设备403，用于对精磨后的所述（211）晶向的InSb晶体进行机械抛光；
化学抛光设备404，用于对机械抛光后的所述（211）晶向的InSb晶体进行化学抛光；
测试设备405，用于对化学抛光后的所述（211）晶向的InSb晶体进行测试，获得外延级（211）晶向的InSb衬底。
热处理设备406，用于对所述（211）晶向InSb衬底进行处理，获得HgCdTe分子束外延所要求的表面态，以及在保护气氛条件下，将生长后的所述HgCdTe薄膜加热到预定温度200-300℃，保温时间为16-30小时，然后降温得到双色红外探测材料。
分子束外延系统407具体用于：将所述（211）晶向的InSb衬底在除气温度为350-450℃的条件下除气，再在Te束的保护条件下，升高InSb衬底的温度至480-520℃，去除表面氧化层；降温到290℃，打开CdTe的束流，进行CdTe缓冲层生长，CdTe厚度为2-4微米；设定Hg、CdTe和Te束流，将InSb衬底的温度降到190℃，打开Hg、CdTe和Te束流，使HgCdTe薄膜厚度达到7-8微米。
本发明实施例提供的双色红外探测材料的制备系统得到的双色红外探测材料有InSb和HgCdTe两层膜层，膜层数量少，而且制备方法简单，技术相对简化，且得到的双色红外探测材料性能好。
综上所述，本发明实施例提供了一种双色红外探测材料制备方法和应用该材料制备探测芯片的方法，本发明的双色红外探测材料有InSb和HgCdTe两层膜层，膜层数量少，制备方法包括：将InSb晶体先进行定向切割，再经过磨、剖和测试，获得外延级的（211）晶向的InSb衬底；对所述（211）晶向的InSb衬底进行处理，获得HgCdTe分子束外延所要求的表面态；再在所述（211）晶向的InSb衬底上进行CdTe缓冲层的生长；进行HgCdTe薄膜的生长；最后在保护气氛条件下，将生长后的所述HgCdTe薄膜加热到250℃，恒温24小时，快速降温得到双色红外探测材料，所以本发明的双色红外探测材料的制备方法简单，技术相对简化。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.双色红外探测材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括：
对InSb晶体先进行切、磨和抛光处理操作，获得外延级（211）晶向的InSb衬底；
对所述（211）晶向的InSb衬底进行处理，获得HgCdTe分子束外延所要求的表面态；
在所述（211）晶向的InSb衬底上进行CdTe缓冲层的生长；
然后再进行HgCdTe薄膜的生长；
在保护气体条件下，将生长后的所述HgCdTe薄膜加热到预定温度200-300℃，保温时间为16-30小时，降温得到双色红外探测材料。
2.根据权利要求1所述的双色红外探测材料的制备方法，其特征在于，所述切、磨和抛光处理操作具体包括：
对所述InSb晶体进行定向切割，得到（211）晶向的InSb衬底，所述（211）晶向的InSb衬底的厚度为730-770微米；
将切割后的所述（211）晶向的InSb晶体进行粗磨，再进行精磨；
对精磨后的所述（211）晶向的InSb晶体进行机械抛光，然后在进行化学抛光；
对化学抛光后的所述（211）晶向的InSb晶体进行测试，获得外延级（211）晶向的InSb衬底。
3.根据权利要求2所述的双色红外探测材料的制备方法，其特征在于，所述（211）晶向的InSb衬底的厚度为750微米。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的双色红外探测材料的制备方法，其特征在于，在所述（211）晶向的InSb衬底上进行CdTe缓冲层生长的步骤具体为：
将所述（211）晶向的InSb衬底进行除气，除气温度为350-450℃，再在Te束的保护条件下，升高InSb衬底的温度至480-520℃，去除表面氧化层；
降温到290℃，打开CdTe的束流，进行CdTe缓冲层生长，CdTe厚度为2-4微米。
5.根据权利要求4所述的双色红外探测材料的制备方法，其特征在于，所述除气温度为400℃，所述CdTe厚度为3微米。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的双色红外探测材料的制备方法，其特征在于，所述HgCdTe薄膜的生长的步骤具体为：
设定Hg、CdTe和Te束流，将InSb衬底的温度降到190℃，打开Hg、CdTe和Te束流，使HgCdTe薄膜厚度达到7-8微米。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的双色红外探测材料的制备方法，其特征在于，所述预定温度为230-270℃，保温时间为20-25小时。
8.双色红外探测材料的制备系统，其特征在于，该系统包括：
处理设备，用于对InSb晶体先进行切、磨和抛光处理操作，获得外延级的（211）晶向的InSb衬底；
分子束外延系统，用于对所述（211）晶向InSb衬底进行处理，获得HgCdTe分子束外延所要求的表面态，以及在所述（211）晶向的InSb衬底上进行CdTe缓冲层的生长，然后再进行HgCdTe薄膜的生长；
热处理设备，用于在保护气体条件下，将生长后的所述HgCdTe薄膜加热到预定温度200-300℃，保温时间为16-30小时，然后降温得到双色红外探测材料。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述处理设备具体包括：
切割设备，用于对所述InSb晶体进行定向切割，得到（211）晶向的InSb衬底，所述（211）晶向的InSb衬底的厚度为730-770微米；
打磨设备，用于将切割后的所述（211）晶向的InSb晶体进行粗磨，再进行精磨；
机械抛光设备，用于对精磨后的所述（211）晶向的InSb晶体进行机械抛光；
化学抛光设备，用于对机械抛光后的所述（211）晶向的InSb晶体进行化学抛光；
测试设备，用于对化学抛光后的所述（211）晶向的InSb晶体进行测试，获得外延级（211）晶向的InSb衬底。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，
分子束外延系统具体用于：将所述（211）晶向的InSb衬底进行除气，除气温度为350-450℃，再在Te束的保护条件下，升高InSb衬底的温度至480-520℃，去除表面氧化层；然后降温到290℃，打开CdTe的束流，进行CdTe缓冲层生长，CdTe厚度为2-4微米；再设定Hg、CdTe和Te束流，将InSb衬底的温度降到190℃，打开Hg、CdTe和Te束流，使HgCdTe薄膜厚度达到7-8微米。
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| GR01 | Patent grant |