窄禁带半导体材料与器件研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 孙英会 |
| 答辩日期 | 2009-05-29 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 戴宁 |
| 关键词 | Iv-vi族铅盐 变温透射光谱 Hall测量 量子阱激光器 光学增益 Hgcdte N-on-p结 激光束诱导光电流方法 串音 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | IV-VI族铅盐和碲镉汞（HgCdTe）是两类重要的窄禁带半导体材料，它们在红外激光器和红外探测器以及其他光电和热电器件中有着重要应用。同时，由于窄带隙半导体材料的独特物理性质，使得其在基础物理研究方面也占据着重要地位。本文就IV-VI族铅盐的物理性质及其器件物理和碲镉汞（HgCdTe）器件检测的相关内容展开讨论。 本论文首先对PbSe材料的一种重要三元合金Pb1-xMnxSe薄膜的光学和电学性质进行分析。其后，为了优化IV-VI族铅盐量子阱激光器的增益特性，我们对PbSe/Pb1-xSrxSe量子阱激光器的增益性质进行了理论计算。除了上述内容，本论文的其他部分与HgCdTe器件有关。目前，HgCdTe在材料生长和器件制备上目前还存在着严峻挑战。在进一步改进HgCdTe材料生长和器件制备工艺的同时，开展对HgCdTe材料和器件的方便和无损的质量检测成为必要。因此，本文中着重介绍一种非常适合检测HgCdTe材料和器件的非破坏性的光学测试手段——激光束诱导光电流（Laser beam induced currents，LBIC）方法——及其在HgCdTe器件结构检测中的应用。全文的主要内容如下： 1．我们对在Zn0.04Cd0.96Te衬底上生长的Pb1-xMnxSe薄膜材料的光学和电学性质进行了分析。通过对变温透射光谱的拟合，得到了禁带宽度Eg、展宽因子Γ、振子强度 A等随温度的变化规律,进而计算得到折射率n、和吸收系数α以及Urbach 带尾参数Eu随温度的变化规律。从拟合得到的展宽因子Γ和带尾参数Eu的变温规律中发现，相比于Ⅲ-Ⅴ族和Ⅳ族材料，Pb1-xMnxSe薄膜中存在着较强的电子-声子相互作用。对Pb0.96Mn0.04Se薄膜进行了1.25 eV - 4.5 eV范围内的室温反射测量和1.5 eV - 4.5 eV范围内的室温椭圆偏振光谱测量。发现在Mn含量不是很高的情况下，Pb1-xMnxSe材料的高阶临界点与PbSe没有明显差别。Raman测试结果显示Pb0.96Mn0.04Se材料中只存在类PbSe的Raman峰。对Pb1-xMnxSe进行了变温Hall测量，得到了载流子浓度、迁移率和电阻率随温度的变化情况。通过拟合迁移率谱（MSA），发现p-Pb1-xMnxSe薄膜中除了空穴外，还存在着少量表面或界面的二维电子。2．对PbSe/Pb1-xSrxSe量子阱激光器的增益性质进行了理论计算。在Kane’s模型k•p微扰方法理论框架下推导了带间跃迁动量矩阵元和约化态密度。计算所使用的增益表达式基于带间跃迁的费米-黄金法则，忽略了带间弛豫过程。通过理论计算，得到了PbSe/Pb1-xSrxSe量子阱增益随阱结构参数以及温度等因素的变化情况。其中的阱结构参数包括量子阱的生长方向、阱宽和量子阱势垒材料的组分。3．利用激光束诱导光电流（LBIC）方法对一些 HgCdTe 器件结构进行了测试，其中包括HgCdTe n-on-p 结线列和ICP刻蚀形成的HgCdTe台面结构。利用指数衰减模型从室温测得的 LBIC 信号中提取了结区外少子的扩散长度。对 HgCdTe n-on-p 结线列的变温 LBIC 测量结果进行了简单分析。4．利用激光束诱导光电流（LBIC）方法对HgCdTe长波红外n-on-p结线列的串音进行了测量和分析。在测量过程中,采用632.8 nm He-Ne激光正入射器件表面。测量温度分别为液氮温度和室温。对实验得到的光电流曲线进行了定性分析，并计算得到了相邻光敏元之间的串音。串音结果表明,随着pn结之间的间距增大,相邻pn结之间的串音呈指数衰减。对影响实验结果的因素也进行了讨论。另外,对光敏元以外区域的串音情况进行了分析。 |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-08-22 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4860]  |
| 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 | 孙英会. 窄禁带半导体材料与器件研究[D]. 中国科学院研究生院. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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