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碲镉汞离子注入退火成结技术介绍
材器中心 李海滨 | 12-10-30| 访问次数: | 【 【打印】【关闭】

离子注入退火成结技术是一种传统半导体制造技术,把它应用于HgCdTe红外焦平面器件是该技术的推广与延伸。因HgCdTe的独特物理特性,它的离子注入退火显现出有别于传统硅器件的物理过程,同时,经过离子注入退火成结的HgCdTe焦平面器件拥有比仅利用离子注入成结的器件更好的性能。此外,该技术还具有工艺简便,控制稳定等优点,现已成为HgCdTe焦平面制备技术的主要步骤之一。

 

图1 注入退火前后载流子分布示意图

图2退火生成n+/n-/p结示意图

该工艺主要基于汞空位掺杂的p型HgCdTe材料,据广为接受的理论,B离子注入到HgCdTe后,将在其近表面区轰击产生大量Hg间隙原子,这些间隙原子具有很高的热扩散系数,经退火后,一部分Hg间隙原子向内部扩散,将填充材料中的汞空位,从而使得这部分p型HgCdTe转变成近本征半导体。离子注入退火前后材料中载流子的分布如图1所示,图中给出了材料背景杂质

分别为施主和受主的两种情况。当HgCdTe为非故意掺杂或In掺杂材料时,背景杂质为施主,这时Hg间隙原子填充汞空位的区域将形成施主导电的n-区,pn结位置处在n-区和p型区之间,形成n+/n-/p结构,如图2所示,pn结位置比较深。如果HgCdTe材料掺有一定浓度的p型杂质,则Hg间隙原子填充汞空位后将形成一层由受主导电的p-型区,pn结处在表面n+区和p-型区之间,形成n+/p-/p结构,结深较浅。

注入退火所成的n+/n-/p结构,由于其中间有一较厚的弱掺n型层,且pn结位于低注入缺陷区,所以能有效抑制产生-复合电流、辅助隧穿电流以及直接隧穿电流,因而可以显著提高探测器的探测性能,所以离子注入退火工艺主要是制备n+/n-/p结构。据Bubulac、Destefanis等报道,离子注入退火所成n+/n-/p结有效改善了HgCdTe红外探测器的性能,其中在长波HgCdTe红外探测器的研制中,退火后探测器优值因子要比退火前提高两个量级。

在HgCdTe注入退火成结工艺中,n-区浓度和尺寸的控制是关键,但因其与注入剂量和能量以及退火温度和时间都有关系,要获得理想的n-区有着很大的困难,此外,HgCdTe退火表面保护处理以及缺陷的热处理修复也是该工艺需要克服的难题。

总之,离子注入退火成结技术能有效抑制HgCdTe探测器的暗电流,显著提高HgCdTe红外焦平面探测器的探测性能,此外还具有工艺简单、成本低廉等优点,虽然有n-区浓度和尺寸可控性差的缺点,但它仍是一部分HgCdTe红外焦平面探测器的关键制备工艺之一。除此之外,离子注入退火生成的n+/n-/p结构是雪崩光电二极管(APD)的一种常用的结构,所以离子注入退火成结技术还可为HgCdTe APD提供一种有效的制备方法。

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