CN114737256A - 一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法 - Google Patents

一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114737256A
CN114737256A CN202210304045.2A CN202210304045A CN114737256A CN 114737256 A CN114737256 A CN 114737256A CN 202210304045 A CN202210304045 A CN 202210304045A CN 114737256 A CN114737256 A CN 114737256A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cadmium
zinc
tellurium
crystal
eliminating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202210304045.2A
Other languages
English (en)
Inventor
赵文
孔金丞
姜军
李沛
俞见云
李俊
陈少璠
庹梦寒
王静宇
陈姗
姬荣斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunming Institute of Physics
Original Assignee
Kunming Institute of Physics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kunming Institute of Physics filed Critical Kunming Institute of Physics
Priority to CN202210304045.2A priority Critical patent/CN114737256A/zh
Publication of CN114737256A publication Critical patent/CN114737256A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B33/02—Heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/12—Liquid-phase epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/46—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本发明公开了一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法，该方法将碲锌镉晶体采用镉饱和气氛退火处理，实现镉原子热扩散消除碲锌镉晶体中导电类型转变界面、改善碲锌镉晶锭的均匀性和一致性。该方法提升了材料的光学性能、电学性能及组分均匀性和一致性，消除了碲锌镉晶锭表面的颜色转变区域。本方法具有消除碲锌镉晶体材料中的镉空位的效果，提升了碲锌镉晶体材料的红外光谱透过率，使碲锌镉基碲镉汞红外焦平面探测器组件响应图的均匀性和一致性得到显著改善。

Description

一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法
技术领域
本发明涉及用于红外焦平面探测器的碲锌镉基碲镉汞材料，具体涉及一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法。
背景技术
碲镉汞(Hg1-yCdyTe,MCT)由于其较高的量子效率，是高性能红外焦平面探测器组件的重要材料。碲镉汞是在衬底上通过外延生长得到，目前的主要衬底有Si、Ge、GaAs和碲锌镉(Cd1-xZnxTe,CZT)，但Si、Ge和GaAs与碲镉汞晶格失配较大，导致红外焦平面探测器组件的暗电流大，影响器件的性能。碲锌镉可以通过改变组分实现与碲镉汞晶格的完美匹配，是制备高性能碲镉汞红外焦平面探测器组件的首选衬底材料。在碲锌镉衬底上进行碲镉汞生长时，衬底近表面的缺陷、范性形变及导电类型转变界面会向碲镉汞延伸，影响碲镉汞结构的完整性和使用特性，造成碲锌镉基碲镉汞红外焦平面的器件性能。
采用富Te垂直布里奇曼法(Vertical Bridgman,VB)生长Zn组分含量为x＝0.04的碲锌镉晶体，在特定生长条件下生长的部分晶体内存在明显颜色转变界面，经实验测试和验证是由碲锌镉本征缺陷引起的一种导电类型转变界面。导电类型转变界面内侧的晶体由于含有大量Cd空位缺陷，晶体的导电类型为p型，晶体的红外光谱透过率随波长增加而减小；外侧晶体含有大量的Cd间隙缺陷，晶体的导电类型为n型，晶体在整个红外波段的透过率不随红外波长发生变化(＞60％)。最重要的是，在含有导电类型转变界面的碲锌镉衬底上，采用富Te水平液相外延方法进行碲镉汞薄膜生长，生长得到的碲镉汞材料制备成碲镉汞焦平面，由于碲锌镉衬底导电类型转变界面内外两侧晶体的缺陷类型不同，晶体的导电类型不同，红外光谱的透光率不同，导致碲锌镉基碲镉汞红外焦平面的成像不均匀，存在明显的颜色变化区域，影响器件的成品率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法，在镉饱和气氛条件下对碲锌镉晶锭退火，使导电类型转变界面内测晶体的导电类型由p型向n型转变，达到消除导电类型转变界面的问题，从而提升材料光学性能和电学性能的均匀性和一致性，改善碲锌镉基碲镉汞红外焦平面响应图的一致性。
本发明所采用的技术方案是：
一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法，包括：选取含有导电类型转变界面的碲锌镉晶锭；对含有导电类型转变界面的碲锌镉晶锭进行镉饱和气氛退火；退火后将晶锭按<111>方向在内圆切片机上切片，晶片经表面处理后制备碲锌镉衬底；在碲锌镉衬底上，采用富Te液相外延方法制备碲镉汞薄膜；将碲锌镉基碲镉汞薄膜制备成红外焦平面；对碲锌镉基碲镉汞红外焦平面探测器组件的中波响应图进行测试。
上述方法中，在特定富Te溶体法条件下制备的碲锌镉晶体，将生长后的碲锌镉晶锭按生长方法在内圆切片机上剖成两部分，选取含有导电类型转变界面的碲锌镉晶锭。
上述方法中，对含有导电类型转变界面的碲锌镉晶锭退火是指将带有导电类型转变界面的碲锌镉晶锭放置在带孔的石英支架上，将石英支架及碲锌镉晶锭一同放置在低端具有一定Cd源的石英管内，石英管经抽真空密封烧结后，在碲锌镉温度为700℃～800℃、单质镉温度为650℃～750℃条件下退火72h～96h。该过程的关键是，通过高温条件下的镉原子热的扩散，消除碲锌镉晶体中的镉空位缺陷。
进一步地，带孔石英支架的石英纯度≥99.99％；所述真空石英管的石英纯度≥99.99％；所述的真空石英管的真空度≥5×10-5mbar。
上述方法中，碲锌镉衬底的制备是指将退火后的碲锌镉晶锭经腐蚀处理后，找到碲锌镉晶锭的<111>晶向，在内圆切片机上按晶锭的<111>晶向进行1.5mm厚进行切片，将所切晶片利用机械磨抛和化学腐蚀的方法去除表面损伤层，制备成表面高度平整的碲锌镉衬底。
上述方法中，富Te液相外延碲镉汞薄膜是指在经退火、切片和表面处理后的碲锌镉衬底上生长厚度8～12μm的碲镉汞薄膜材料。
上述方法中，碲锌镉基碲镉汞焦平面是指将碲锌镉基碲镉汞材料经钝化、光刻、倒焊互连等工艺、方法制备成焦平面。
上述方法中，中测响应图是指对碲锌镉基碲镉汞红外焦平面的中波响应图进行测试。
本发明的机理为：
在特定富Te条件下生长的碲锌镉晶体，由于受晶体生长Cd空位点缺陷形成能小的影响，生长刚结束瞬间的碲锌镉晶体含有大量的Cd空位缺陷，导电类型变现为p型，透光率在红外中长波段降低。生长结束后的降温阶段，碲锌镉晶锭将还处于生长过程挥发至坩埚中的Cd气氛条件下，气氛中的Cd将不断通过热扩散向晶锭扩散，首先占据晶体中的Cd空位缺陷，多余的Cd以Cd间隙缺陷的形式存在晶体中，晶体导电类型表现为n型。如果降温速率过快或者挥发出来的Cd气氛有限，特点条件下生长的碲锌镉晶体将存在由Cd空位-Cd间隙缺陷形成的导电类型转变界面，影响晶体材料的光学性能和电学性能的均匀性和一致性。因此，将生长结束后还有导电类型转变界面的碲锌镉晶锭在外置Cd源气氛条件下退火，消除晶体材料的导电类型转变界面，改善晶体材料的均匀抑制性。
本发明的有益效果是：
本发明通过镉饱和气氛退火，消除碲锌镉晶体材料中的导电类型转变界面，提升晶体材料的红外光谱透过率，改善碲锌镉基碲镉汞红外焦平面探测器组件的响应图均匀一致。
附图说明
图1是本发明的消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法及制备成红外焦平面的流程图。
图2是本发明的碲锌镉晶锭的退火装置的结构示意图；图2中:1-密封石英坩埚、2-碲锌镉晶锭、3-带孔石英支架、4-外置Cd源。
图3是本发明实施例1的碲锌镉晶锭退火前后所切晶片形貌图；图3中:a为退火前、b为退火后。
图4是本发明实施例1的碲锌镉基碲镉汞红外焦平面的中测响应图；图4中:a为退火前、b为退火后。
具体实施方式
结合附图和具体实施方式对本技术方案进行详细说明。
参见图1，一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法，包括：
针对在特定富Te溶体法条件下制备的碲锌镉晶体内存在导电类型转变界面，影响碲锌镉基碲镉汞红外焦平面探测器均匀性和一致性的问题。将在特定富Te条件下制备的碲锌镉晶体材料采用镉饱和气氛退火处理，消除碲锌镉晶体材料中的导电类型转变界面，提升材料光学性能、电学性能及组分的均匀性和一致性。
实施例1：
在特定富Te条件下制备完成的碲锌镉晶体材料，将晶体材料按生长方向剖成两部分，选取含有导电类型转变界面的碲锌镉晶锭；对含有导电类型转变界面的碲锌镉晶锭进行镉饱和气氛退火；退火后将晶锭按<111>方向在内圆切片机上切片，晶片经表面处理后制备碲锌镉衬底；在碲锌镉衬底上，采用富Te液相外延方法制备碲镉汞薄膜；将碲锌镉基碲镉汞薄膜制备成红外焦平面；对碲锌镉基碲镉汞红外焦平面探测器组件的中波响应图进行测试。
上述方法中，在特定富Te溶体法条件下制备的碲锌镉晶体，将生长后的碲锌镉晶锭按生长方法在内圆切片机上剖成两部分，选取含有导电类型转变界面的碲锌镉晶锭。
如图2所示，上述方法中，对含有导电类型转变界面的碲锌镉晶锭退火是指将含有导电类型转变界面的碲锌镉晶锭放置于真空石英管内的带孔石英支架上，在真空石英管的底端放置单质镉，在碲锌镉温度700℃～800℃、单质镉温度650℃～750℃条件下退火72h～96h。该过程的关键是通过高温条件下的镉原子热扩散消除碲锌镉晶体中导电类型转变界面，改善碲锌镉晶锭的均匀性和一致性。
上述方法中，碲锌镉衬底的制备是指将退火后的碲锌镉晶锭经腐蚀处理后，找到碲锌镉晶锭的<111>晶向，在内圆切片机上按晶锭的<111>晶向进行1.5mm厚进行切片，将所切晶片利用机械磨抛和化学腐蚀的方法去除表面损伤层，制备成表面高度平整的碲锌镉衬底。
上述方法中，富Te液相外延碲镉汞薄膜是指在经退火、切片和表面处理后的碲锌镉衬底上生长厚度8～12μm的碲镉汞薄膜材料。
上述方法中，碲锌镉基碲镉汞焦平面是指将碲锌镉基碲镉汞材料经钝化、光刻、倒焊互连等工艺、方法制备成焦平面。
上述方法中，中测响应图是指对碲锌镉基碲镉汞红外焦平面的中波响应图进行测试。
通过上述实施例以及图3、图4可以看出，通过本发明的方法消除碲锌镉晶体材料中的导电类型转变界面具有意料不到的技术效果，达到了提升材料的光电性能、改善碲锌镉基碲镉汞红外焦平面响应图的均匀性的目的。

Claims (5)

1.一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选取含有导电类型转变界面的碲锌镉晶锭；
(2)将所述碲锌镉晶锭在内圆切片机上按晶体生长方向剖成两部分，选取含有导电类型转变界面的碲锌镉晶锭放置在真空石英坩埚中的带孔石英支架上；
(3)在真空石英管的底端放置单质镉，在碲锌镉温度700℃～800℃、单质镉温度650℃～750℃条件下持续退火一定时间，实现镉原子热扩散消除碲锌镉晶体中导电类型转变界面、改善碲锌镉晶锭的均匀性和一致性。
2.根据权利要求1所述的消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述持续退火时间为72h～96h。
3.根据权利要求1所述的消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述带孔石英支架的石英纯度≥99.99％。
4.根据权利要求1所述的消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述真空石英管的石英纯度≥99.99％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述真空石英管的真空度≥5×10-5mbar。
CN202210304045.2A 2022-03-25 2022-03-25 一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法 Withdrawn CN114737256A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210304045.2A CN114737256A (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210304045.2A CN114737256A (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114737256A true CN114737256A (zh) 2022-07-12

Family

ID=82276881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210304045.2A Withdrawn CN114737256A (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114737256A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1715086A1 (en) * 2002-06-27 2006-10-25 General Electric Company Method for reducing defect concentrations in crystals
CN113388889A (zh) * 2021-05-19 2021-09-14 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种碲锌镉衬底中无第二相夹杂的控制方法
CN113410124A (zh) * 2020-10-26 2021-09-17 昆明物理研究所 一种金掺杂液相外延碲镉汞材料电学性能稳定性控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1715086A1 (en) * 2002-06-27 2006-10-25 General Electric Company Method for reducing defect concentrations in crystals
CN113410124A (zh) * 2020-10-26 2021-09-17 昆明物理研究所 一种金掺杂液相外延碲镉汞材料电学性能稳定性控制方法
CN113388889A (zh) * 2021-05-19 2021-09-14 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种碲锌镉衬底中无第二相夹杂的控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵文等: "Cd饱和气氛退火对碲锌镉晶体导电类型转变界面的影响", 《红外技术》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3993533A (en) Method for making semiconductors for solar cells
JP4964672B2 (ja) 低抵抗率炭化珪素単結晶基板
JP5241855B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物ウエハを製造する方法およびｉｉｉ族窒化物ウエハ
JP2007230823A (ja) 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法及び炭化珪素単結晶インゴット
CN112086344B (zh) 一种铝镓氧/氧化镓异质结薄膜的制备方法及其在真空紫外探测中的应用
JP2022113874A (ja) テルル化亜鉛カドミウム単結晶基板およびその製造方法
RU2685032C1 (ru) Фоточувствительное устройство и способ его изготовления
CN113410124B (zh) 一种金掺杂液相外延碲镉汞材料电学性能稳定性控制方法
Takenoshita Liquid phase epitaxial growth and electrical characterization of CuInSe2
CN114737256A (zh) 一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法
US20220325438A1 (en) Wafer with regions of low oxygen concentration
JP7217715B2 (ja) 化合物半導体基板およびその製造方法
US10304989B2 (en) Fabrication and use of large-grain templates for epitaxial deposition of semiconductor materials
TWI769943B (zh) 磷化銦基板、半導體磊晶晶圓、磷化銦單晶錠之製造方法及磷化銦基板之製造方法
US11885036B2 (en) Producing a ribbon or wafer with regions of low oxygen concentration
CN116334764A (zh) 一种抑制czt晶体内部富碲夹杂缺陷及提高其电阻率的方法
Sporken et al. Molecular beam epitaxy of CdTe and HgCdTe on large-area Si (100)
Castro et al. HgCdTe Liquid Phase Epitaxy: An Overview
Adamiec et al. LPE growth of Hg1-xCdxTe heterostructures using a novel tipping boat
Vlasenko et al. Advanced study of ISO VPE IR photosensitive HgCdTe/CdTe structure
Yakushev et al. HgCdTe heterostructures grown by MBE on Si (310) substrates: structural and electrophysical properties
Zhang Liquid phase epitaxial growth of silicon thin film for solar cell application
JPH10125610A (ja) Ｌｅｄ用エピタキシャルウェハの製造方法
JP2009177116A (ja) 半導体結晶薄膜の作製方法及び太陽電池
JPH0444222A (ja) ＡｌＧａＡｓ単結晶基板の製法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20220712

WW01 Invention patent application withdrawn after publication