發(fā)布時(shí)間：2018-12-11 08:15

【摘要】：本論文圍繞Hg Cd Te環(huán)孔探測(cè)器的研制開(kāi)展了研究工作:通過(guò)對(duì)刻蝕速率和刻蝕輪廓的研究,實(shí)現(xiàn)了環(huán)孔探測(cè)器的關(guān)鍵工藝-環(huán)孔通道的制備;通過(guò)離子束刻蝕碲鎘汞電學(xué)特性的研究,確定了環(huán)孔探測(cè)器中pn結(jié)的結(jié)構(gòu);研究了影響光敏面尺寸的關(guān)鍵因素,為器件的設(shè)計(jì)提供了參考;對(duì)環(huán)孔探測(cè)器進(jìn)行了性能表征和分析,初步探索了環(huán)孔探測(cè)器在高溫和雪崩方面的性能。本論文的主要內(nèi)容包括:1.實(shí)現(xiàn)了Hg Cd Te環(huán)孔探測(cè)器的關(guān)鍵工藝。在刻蝕Hg Cd Te速率實(shí)驗(yàn)中,束流密度和高離子束能量與刻蝕速率的關(guān)系符合Smoekh模型,即,并在離子束入射角度為20?時(shí),獲得Hg Cd Te刻蝕速率的極大值;實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)刻蝕輪廓的側(cè)壁角度很大程度上依賴于掩膜的輪廓和掩膜的選擇比,環(huán)孔通道刻蝕需要選擇耐刻蝕的厚膠;在變角度刻蝕實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)30?角度下刻蝕可以有效地消除槽底開(kāi)溝現(xiàn)象,有利于環(huán)孔通道的成功互連;對(duì)比了O+離子束和Ar+離子束對(duì)膠體和金屬的刻蝕速率,選擇了最佳的刻蝕方案;最后,通過(guò)I-V測(cè)試得到互連電阻為39?,實(shí)現(xiàn)了有效互連。2.研究了離子束刻蝕Hg Cd Te的電學(xué)特性。用遷移率譜分析了離子束刻蝕后的Hg1-xCdxTe(x=0.236),表明p型Hg Cd Te在刻蝕后形成n+n結(jié)構(gòu),即生成兩個(gè)不同電學(xué)特性的電子層:遷移率為1.5?104cm2/V?s的表面電子層和遷移率為1.0?105cm2/V?s的體電子層。對(duì)77K、150K和230K下遷移率譜的分析表明兩個(gè)電子層的遷移率隨溫度的變化是不同的:表面電子層的遷移率不隨溫度而變化,體電子層的遷移率隨溫度的升高而降低。通過(guò)對(duì)體電子高溫部分的曲線擬合,發(fā)現(xiàn)不同厚度下的遷移率與溫度的關(guān)系均符合2?T??的變化規(guī)律,說(shuō)明體電子層是傳統(tǒng)的n型Hg Cd Te材料。剝層霍爾測(cè)試表明體電子層的載流子濃度和遷移率不隨厚度變化,說(shuō)明體電子層的電學(xué)性質(zhì)均勻且濃度在6?1014cm-3左右。通過(guò)Petritz雙層模型計(jì)算出表面電子層的濃度在1?1016cm-3?1.3?1017cm-3范圍內(nèi),高于體電子層濃度2?3個(gè)數(shù)量級(jí)。3.研究影響光敏面尺寸的關(guān)鍵因素。利用LBIC測(cè)試研究了轉(zhuǎn)型后n區(qū)寬度與材料的Hg空位濃度和被刻蝕Hg Cd Te體積的關(guān)系,結(jié)果表明p型Hg Cd Te的Hg空位濃度和被刻蝕Hg Cd Te體積與n區(qū)寬度成線性變化關(guān)系。從不同的環(huán)孔(?50?m、?20?m和?15?m)對(duì)應(yīng)的n區(qū)寬度來(lái)看,n區(qū)寬度隨Hg空位濃度的變化趨勢(shì)是基本一致,均隨Hg空位濃度的增加而線性減小。在相同濃度下,n區(qū)寬度隨著被刻蝕Hg Cd Te體積的增加呈線性增加。在提取少子擴(kuò)散長(zhǎng)度實(shí)驗(yàn)中,對(duì)比了擬合結(jié)果和公式計(jì)算結(jié)果,發(fā)現(xiàn)根據(jù)材料參數(shù)測(cè)試中的數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的少子擴(kuò)散長(zhǎng)度要比擬合結(jié)果低一個(gè)量級(jí),說(shuō)明受工藝、測(cè)試等許多不確定因素影響,很難提前對(duì)少子擴(kuò)散長(zhǎng)度作出準(zhǔn)確的判斷。在n區(qū)少子擴(kuò)散長(zhǎng)度提取中,結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果,說(shuō)明了不同情況下光敏面的確定方式。最后通過(guò)分析LBIC測(cè)試結(jié)果,給出了光敏面的計(jì)算方法。4.研究Hg Cd Te環(huán)孔探測(cè)器的性能。器件光譜中采用干涉條紋推算的厚度和臺(tái)階儀測(cè)試的厚度是十分接近的,推測(cè)器件中存在著反射光的干涉現(xiàn)象,對(duì)器件光譜中的多峰現(xiàn)象作出了解釋;分析了串聯(lián)電阻和溫度對(duì)I-V特性曲線的影響:串聯(lián)電阻會(huì)增加器件的零偏電阻,對(duì)器件的開(kāi)啟電壓影響不大,但會(huì)損耗光電流;正向開(kāi)啟電壓會(huì)隨溫度的升高而降低,且I-V特性曲線在反向偏壓下隨溫度的變化是不同的,主要是由于暗電流的主導(dǎo)機(jī)制不同。通過(guò)響應(yīng)率和噪聲測(cè)試,得到環(huán)孔探測(cè)器性能在1?1011cm HZ1/2W-1左右,最好的器件性能為:4.6?m@85K,峰值探測(cè)率為1.83?1011cm HZ1/2W-1,接近平面結(jié)性能。在暗電流研究中,通過(guò)數(shù)值計(jì)算,研究了器件在不同偏壓下的主要暗電流機(jī)制,發(fā)現(xiàn)表面漏電流在工作點(diǎn)附近占暗電流的80%,是制約環(huán)孔探測(cè)器性能的主要因素。對(duì)環(huán)孔探測(cè)器進(jìn)行高溫測(cè)試,器件的信號(hào)從90K到230K變化不大,僅衰減了30%,明顯地優(yōu)于平面結(jié)器件的信號(hào)變化。另外,通過(guò)高溫性能的比較,發(fā)現(xiàn)環(huán)孔探測(cè)器在230K的性能比LPE制備的平面結(jié)器件性能高出2倍,分析了環(huán)孔探測(cè)器在高溫工作上的優(yōu)勢(shì)。在雪崩性能測(cè)試中,環(huán)孔探測(cè)器在線性模式下獲得最大增益為?2100@-10.6V,截止波長(zhǎng)4.8?m@85K,但同時(shí)發(fā)現(xiàn)暗電流也在倍增。
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN215

【參考文獻(xiàn)】

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1 胡茂海;激光共聚焦掃描顯微成像系統(tǒng)及其信息分析的研究[D];南京理工大學(xué);2002年

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本文編號(hào)：2372210