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本论文针对碲镉汞长波探测器的要求,以制备高性能的长波碲镉汞探测器为目标,对碲镉汞弱p型长波材料、工艺及制备进行了较为深入的研究。本论文的主要结果如下:
1.通过器件仿真软件,对长波碲镉汞弱p型器件结构进行了仿真模拟,发现长波碲镉汞弱p型器件的电压响应率明显比长波碲镉汞n型器件要高。
2.通过长波碲镉汞弱p型材料和n型材料的变温变磁场霍尔测试,用迁移率谱的分析方法,发现弱p型材料在低温下表现为空穴导电占优。弱p材料的迁移率谱分析结果表明,在一定的条件下,如表面阳极氧化后,弱p型材料可能表现为电子电导占优,但是将氧化层去除后,弱p型材料又恢复了空穴电导占优。
3.利用传统光电导衰退法和微波反射光电导衰退法对长波碲镉汞材料的少数载流子寿命进行测试,结果表明传统光电导衰退法易受电极工艺的影响。通过微波反射光电导衰退法测试了不同厚度和不同表面工艺的碲镉汞材料的少子寿命。随着碲镉汞厚度的减小,碲镉汞表面对少子寿命的影响越来越大,表现为碲镉汞少子寿命测量值越来越小。对不同表面处理的碲镉汞少子寿命测试后通过拟合计算发现,抛光后表面复合速度约为12500cm/s,腐蚀后表面复合速度约为370cm/s,阳极氧化后表面速度约为1300cm/s。另外在对弱p型和n型碲镉汞材料变温测试发现弱p型材料在低温下主要受SRH复合限制,而n型材料受俄歇复合限制。此外发现由于弱p型材料的低温载流子浓度和迁移率的剧烈变化,导致弱p型材料的电压响应对温度十分敏感,即随着温度上升,弱p型材料的器件电压响应比n型材料更快下降。
4.通过椭圆偏振法来测试不同氧化条件下长波碲镉汞的阳极氧化层,发现恒定电流阶段,氧化层厚度随电压增加以5nm/V的速度增长。而在恒定电压阶段,氧化层随时间以0.01nm/s的速度生长。而且发现在阳极氧化过程中,恒压时间由0min到10min之间时,氧化层的折射率随着恒压时间变长也随之增大。但是恒压时间继续变长,折射率反而下降。通过制备MIS器件进行C-V测试,对HgCdTe的长波材料的表面特性进行了研究,得到ZnS/阳极氧化膜和碲镉汞界面的态密度达到了3.4×1011cm-2q-1V-1,阳极氧化膜的表面固定电荷密度为1.1×1012cm-2。通过在不同条件下制备阳极氧化膜后的MIS器件的C-V测试,在阳极氧化膜和HgCdTe界面的慢界面较少,基本都是快界面态。随着氧化条件中恒压时间的变长,表面固定电荷有所减小。
5.通过氩离子刻蚀在长波碲镉汞弱p型材料的电极区形成反型。弱p型材料的n型电极提高了器件的等效少子寿命。另外通过器件模拟和制备发现n型电极区对器件性能的提高也有一定的作用。