本發(fā)明涉及碲鎘汞材料與器件技術(shù)，尤其是涉及一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法及應(yīng)用，可為高性能紅外探測器制備工藝提供精確的p型層厚度值。

背景技術(shù)：

1、因具有高量子效率、低暗電流以及通過調(diào)節(jié)組分可實現(xiàn)全紅外波段探測等優(yōu)點，碲鎘汞成為當(dāng)前高性能紅外探測器制備的最重要材料。根據(jù)吸收層的種類不同，碲鎘汞紅外探測器可分為n-on-p和p-on-n兩種，吸收層分別為p型和n型碲鎘汞材料。相同摻雜濃度下，p型材料的少數(shù)載流子壽命比n型材料長，因此理論上n-on-p的性能可以比p-on-n更好。然而，p型材料難以實現(xiàn)低濃度摻雜，目前在性能上難以達(dá)到吸收層更容易實現(xiàn)低濃度摻雜的p-on-n結(jié)構(gòu)器件的水平。碲鎘汞p-on-n也成為未來實現(xiàn)高性能長波、甚長波紅外探測器量產(chǎn)的主要技術(shù)路線。

2、對于碲鎘汞p-on-n器件的制備，準(zhǔn)確獲得p型層的厚度極為重要，將直接影響對器件工藝的控制水平，尤其是電極孔刻蝕工藝。若p型層厚度測量值比實際偏大，設(shè)計工藝參數(shù)時采用更大的電極孔深度有可能導(dǎo)致p型層被刻穿，pn結(jié)失效；若p型層厚度測量值比實際偏小，設(shè)計工藝參數(shù)時采用更小的電極孔深度有可能導(dǎo)致電極孔過淺，影響載流子遷移，降低量子效率。目前常采用測量橫截面元素分布的方法確定p型層厚度，由于元素?fù)诫s量一般很低，該方法對測試儀器的精度要求較高，若精度不足，容易導(dǎo)致結(jié)果誤差大；同時，該方法無法得到電學(xué)上的p型層厚度，因此測試本身就存在不準(zhǔn)確性。

3、目前常采用測量橫截面元素分布的方法確定碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料的p型層厚度，然而該方法精度不夠高，主要有兩點原因：

4、(1)元素?fù)诫s量一般很低，該方法對測試儀器的精度要求較高，若精度不足，容易導(dǎo)致結(jié)果誤差大；

5、(2)同時，該方法無法得到電學(xué)上的p型層厚度，因此測試結(jié)果本身就存在不準(zhǔn)確性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在解決上述技術(shù)問題，提供一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法，該方法的基本構(gòu)思包括：基于腐蝕過程中厚度、載流子濃度及遷移率的精確測量，通過載流子濃度和遷移率隨厚度變化的拐點可確定電學(xué)上的p型層厚度。該方法操作簡單，測量準(zhǔn)確度高，可有效支撐高性能長波、甚長波以及高工作溫度碲鎘汞紅外探測器的研發(fā)及批量制備。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法，包括以下步驟：

4、(1)汞飽和退火處理：對所制備的p-on-n結(jié)構(gòu)碲鎘汞材料進(jìn)行汞飽和退火處理，實現(xiàn)汞空位的消除；同時選擇一片n型陪片，對陪片進(jìn)行相同條件下的汞飽和退火處理，且該陪片與p-on-n結(jié)構(gòu)碲鎘汞材料中的n型材料采用相同的生長條件，截止波長相近；

5、(2)厚度測量：測量p-on-n結(jié)構(gòu)碲鎘汞材料和n型陪片的原始厚度，分別記為h0、ha；

6、(3)電學(xué)參數(shù)測量：清潔材料表面并去除氧化層，測量p-on-n結(jié)構(gòu)碲鎘汞材料和n型陪片的載流子濃度、遷移率，分別記為n0、μ0，以及na、μa；

7、(4)化學(xué)腐蝕：采用化學(xué)腐蝕液腐蝕p-on-n結(jié)構(gòu)碲鎘汞材料，除厚度為h，h值可根據(jù)具體精度要求調(diào)整，優(yōu)選地為0.2～0.5μm范圍；

8、(5)再次電學(xué)參數(shù)測量：測量剩余材料的厚度，記為h1，并再次測試剩余材料的載流子濃度和遷移率，分別記為n1、μ1；

9、(6)再次化學(xué)腐蝕及電學(xué)參數(shù)測量：不斷重復(fù)步驟(4)和步驟(5)得到多次腐蝕后p-on-n結(jié)構(gòu)碲鎘汞材料的多個剩余厚度h2、h3、…、hi，以及多個載流子濃度n2、n3、…、ni，多個遷移率μ2、μ3、…、μi，其中i≥2，表示腐蝕的次數(shù)；

10、(7)繪制關(guān)系曲線：繪制ni和μi隨腐蝕次數(shù)i的變化曲線，在曲線上確定ni和μi都趨于穩(wěn)定的拐點，同時該拐點位置的載流子濃度和遷移率同n型陪片的載流子濃度(na)和遷移率(μa)相近，記錄拐點的腐蝕次數(shù)為ip；

11、(8)確定p型層厚度：p型層的厚度為原始材料厚度與拐點厚度之差，即為hp＝h0-hip。

12、根據(jù)本發(fā)明提供的一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法，所述的碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料可為通過液相外延(lpe)、分子束外延(mbe)、化學(xué)氣相沉積(cvd)等方法生長的雙層材料，也可為對n型材料進(jìn)行p型離子注入后形成的材料。

13、根據(jù)本發(fā)明提供的一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法，所述化學(xué)腐蝕液采用包含溴單質(zhì)的有機(jī)或無機(jī)溶液，通過控制濃度實現(xiàn)腐蝕速率的調(diào)整，腐蝕速率為v，v值可根據(jù)精度要求和去除厚度h綜合考慮后進(jìn)行設(shè)計，優(yōu)選地為0.05μm/min～0.5μm/min之間。

14、本發(fā)明提供的一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法，該方法可實現(xiàn)碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的精確測量，為p型層的制備工藝調(diào)整提供依據(jù)，實現(xiàn)工藝參數(shù)的精確設(shè)計；同時可為后續(xù)的臺面刻蝕、電極孔刻蝕等工藝提供參考，有效設(shè)計合適的刻蝕深度。

15、本發(fā)明的有益效果：

16、本發(fā)明通過逐層測量碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料的載流子濃度和遷移率，確定載流子濃度和遷移率隨厚度的變化，基于變化曲線上的拐點精準(zhǔn)確定p型層的厚度。該方法操作簡單，準(zhǔn)確性高，可為后端的器件工藝參數(shù)設(shè)計提供參考，支撐高性能p-on-n結(jié)構(gòu)紅外探測器的批量生產(chǎn)。該方法同時可為碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料制備工藝參數(shù)的調(diào)整提供參考，為材料質(zhì)量的優(yōu)化提供保障。

技術(shù)特征：

1.一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法，其特征在于：

3.如權(quán)利要求2所述的一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法，其特征在于：

4.如權(quán)利要求1所述的一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法，其特征在于：

5.如權(quán)利要求1-4任一項所述的一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法，其特征在于：

6.如權(quán)利要求5所述的一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法，其特征在于：

7.如權(quán)利要求6所述的一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法，其特征在于：

8.如權(quán)利要求7所述的一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法，其特征在于：

9.如權(quán)利要求1-8任一項所述的一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法的應(yīng)用，其特征在于：

10.如權(quán)利要求1-8任一項所述的一種碲鎘汞p-on-n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法的應(yīng)用，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種碲鎘汞p?on?n結(jié)構(gòu)材料p型層厚度的測量方法及應(yīng)用，該方法通過測量不同厚度下碲鎘汞p?on?n結(jié)構(gòu)材料的載流子濃度和遷移率，確定載流子濃度和遷移率隨厚度的變化曲線，基于變化曲線上載流子濃度和遷移率趨于穩(wěn)定的拐點精準(zhǔn)確定p型層的厚度。該方法操作簡單，準(zhǔn)確性高，可為后端的器件工藝參數(shù)設(shè)計提供參考，支撐高性能p?on?n結(jié)構(gòu)紅外探測器的批量生產(chǎn)。該方法同時可為碲鎘汞p?on?n結(jié)構(gòu)材料制備工藝參數(shù)的調(diào)整提供參考，為材料質(zhì)量的優(yōu)化提供保障。

技術(shù)研發(fā)人員：起文斌,宋林偉,孔金丞,王文金,鄧文斌,寧卓,楊晉,張陽,黃元晉,李達(dá)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6