[发明专利]一种消除碲锌镉晶体导电类型转变界面的方法

说明书

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。

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(Hg_1-yCd_yTe,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(Cd_1-xZn_xTe,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。