CdZnTe晶体的生长、评价及衬底应用
文献类型：学位论文
| 作者 | 方维政 |
| 答辩日期 | 2004-10-28 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 何力 |
| 关键词 | Hgcdte红外焦平面 Cd1-yznyte 第二相夹杂物 Hg1-xcdxte外延薄膜 高分辨x-ray衍射 位错腐蚀坑密度 摇摆曲线半峰宽 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | HgCdTe红外焦平面器件需要大面积高质量的Cd1-yZnyTe晶片做衬底，以提高器件性能。为提高Cd1-yZnyTe材料的结构完整性，本文对垂直布里奇曼熔体法生长的Cd1-yZnyTe晶体夹杂物缺陷、位错、亚晶界及锌组分均匀性等晶体缺陷的表征技术和产生原因进行了系统地分析和研究；为验证Cd1-yZnyTe材料的衬底应用特性，分析了Cd1-yZnyTe衬底上外延生长的Hg1-xCdxTe薄膜应力弛豫状态，并与GaAs衬底上生长的外延层进行了比较。论文首先采用了富Cd化学配比称料和低温Cd泡压力控制生长两种方式实现了CdZnTe材料的熔体生长，获得了直径大于50mm、晶粒完整的圆柱形单晶锭条，经定向切割后的（111）Cd1-yZnyTe单晶晶片面积大于30mm×40mm，晶片完整性好，位错密度小于1.0×105cm-2。在Cd1-yZnyTe衬底上用分子束外延和液相液相外延两种方法生长出结构完整性良好的HgCdTe外延层，其位错密度在5~30×104cm-2之间，接近Cd1-yZnyTe体晶的位错极限，相应的摇摆曲线半峰宽在30弧秒~50弧秒之间变化。实验上发现Cd1-yZnyTe晶体中第二相夹杂物与熔体中的过量元素种类及生长工艺密切相关。富Te化学配比的晶体容易包裹第二相Te夹杂，而富Cd化学配比则易产生第二相Cd夹杂，不同的夹杂物在红外透射显微镜下呈现出不同结构特征分布形状的衬度像花样,Te夹杂显示出六边形或三角形的规则形状，而Cd夹杂则为六角星形对称分布，这种特征对称花样是受应力及晶体结构对称性共同作用的结果。而采用Cd泡压力控制技术生长碲锌镉晶体能较好地实现熔体化学配比的精确控制，晶体中没有第二相夹杂物缺陷。提出了退火工艺的合适温度条件。对含有第二相Cd夹杂物的CdZnTe晶片进行温度大于600℃的热处理可明显地降低夹杂物缺陷密度，减少夹杂物几何尺寸，Cd气氛控制下热处理还能够最大限度的消除材料中的镉空位点缺陷；但热处理将引起晶体的X-ray双晶摇摆半峰宽展宽，破坏晶体结构完整性，特别是高于800℃温度长时间的热处理还会造成晶体的Zn贫乏而影响晶体的锌组分，增加三元合金的晶格无序度，降低了晶体质量；实验结果显示，选取小于700℃温度的Cd气氛热处理，在消除第二相夹杂物和镉空位点缺陷的同时，引起的晶格损伤较少。采用高分辨X-ray衍射和近红外透射光谱技术表征了Cd0.96Zn0.04Te衬底的锌组分。用测定晶格常数的方法比较了近红外透射光谱法获得的三种能量与组分的经验关系，结果表明选用对应吸收系数=10cm-1的能量与组分经验公式计算的晶体组分误差小，精度高。由于近红外透射光谱法测定Zn组分不需要定向晶片，可用来分析Cd0.96Zn0.04Te锭条轴向剖面及横截面的组分分布。实验结果显示：晶体轴向组分分布规律服从定向凝固分凝原理，拟合获得的Zn分凝系数在1.05~1.37之间；晶体横截面的晶体组分存在着微小差异，而且中心组分与周围组分之差沿晶体轴向位置不同而发生变化。在晶体头部处，中心组分大于周围晶体组分，偏差最大（1.3%），中部晶片组分偏差降到最小（0.3%），而且分布较为均匀，尾端晶片中心组分小于周围晶体组分，偏差为0.5%，小于头部晶体而大于中部晶片。利用X-ray双晶衍射和腐蚀技术比较了垂直布里奇曼法生长的Cd0.96Zn0.04Te单晶锭条头端、中部及尾端的晶体完整性。结果显示：中部晶体的晶格完整性高，位错密度小，是获取衬底晶片的理想区域。所获得的近完美Cd0.96Zn0.04Te晶体的摇摆半峰宽一般在20弧秒~25弧秒左右，与理论值较为接近，表现出晶格较为完整的结构特性，相应的位错密度也较低。用高分辨X-ray衍射仪研究了失配度与外延层晶向偏离及应力弛豫状态的关系。失配度越大，外延层和衬底的晶向偏离也越大；由于Cd1-yZnyTe衬底失配度小，外延层中应力处于部分弛豫状态，位错密度低，而对于失配度大的GaAs衬底，外延层中应力处于完全弛豫状态，HgCdTe薄膜通过位错增殖的方式释放了应力，因而位错密度高，X-ray双晶衍射摇摆曲线半峰宽展宽；此外，在实验上实现了精确测定衬底与外延层之间的偏角及晶面间距dhkl差异（失配度）的方法。 |
| 学科主题 | 红外探测材料与器件 |
| 公开日期 | 2012-06-25 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4121]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 方维政. CdZnTe晶体的生长、评价及衬底应用[D]. 中国科学院研究生院. 2004. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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