本實用新型涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域,特別涉及一種硅基短/中波疊層雙色碲鎘汞材料。
背景技術(shù):
隨著紅外探測技術(shù)的不斷發(fā)展,紅外隱身技術(shù)也在不斷提高,通過使在特定波段上目標與環(huán)境背景具有相似的發(fā)射率,從而導(dǎo)致紅外目標對比度的下降,難以識別。若一個熱成像系統(tǒng)能在多波段對目標和環(huán)境的輻射特征進行同時探測,通過對比不同輻射波長下的輻射特征,就可以對復(fù)雜的背景進行抑制,實現(xiàn)紅外探測不受環(huán)境的制約,準確地提取目標特征,提高對目標的探測效果,在目標搜尋、導(dǎo)彈預(yù)警探測、情報偵察等軍事和相關(guān)的民用領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
疊層雙色HgCdTe材料的制備是實現(xiàn)雙色探測器的基礎(chǔ),傳統(tǒng)的短/中波雙色探測器采用碲鋅鎘(CdZnTe)作為襯底材料,材料的成本很高,機械強度較差,生長過程中溫度控制較難,并且在(211)晶向的襯底磨拋工藝方面難度很大,表面損傷較多,這就導(dǎo)致外延HgCdTe后表面缺陷密度較高;同時其難以實現(xiàn)大尺寸材料制備,限制了雙色器件向大面陣方向發(fā)展。Si襯底作為一種替代襯底材料具有:更大面積的襯底、更低的襯底材料成本、與Si讀出電路的自動熱應(yīng)力匹配、較高的機械強度和平整度及潛在的實現(xiàn)單片式紅外焦平面(IRFPA)的能力等特點,是一種極佳的替代襯底材料。同時Si基單色HgCdTe材料經(jīng)過多年的研究發(fā)展,在短波和中波方面已經(jīng)基本成熟,甚至獲得了質(zhì)量很好的長波HgCdTe材料;其中短波、中波器件規(guī)模達到2k×2k同時性能可以和碲鋅鎘基器件媲美。但是,現(xiàn)在并沒有一種硅基短/中波雙色碲鎘汞材料。
此外,在器件結(jié)構(gòu)方面,美國Raytheon公司、Teledyne公司等均采用原位摻雜直接成結(jié)的疊層結(jié)構(gòu),DRS公司直接采用粘接技術(shù),這些技術(shù)路線在具體實現(xiàn)起來尤其是原位摻雜技術(shù)難度較大,并且與現(xiàn)有的器件工藝路線不兼容。法國Sofradir公司采用半平面雙注入結(jié)構(gòu),材料的生長過程相對簡單,熱處理工藝難度降低,器件工藝也和目前工藝兼容,同樣可以實現(xiàn)同時探測,并且目前沒有證據(jù)表明其芯片性能比原位摻雜成結(jié)疊層結(jié)構(gòu)的性能差。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
為了填補現(xiàn)有技術(shù)中尚未出現(xiàn)硅基短/中波疊層雙色碲鎘汞材料的空白,本實用新型提供了一種硅基短/中波疊層雙色碲鎘汞材料。
本實用新型提供的一種硅基短/中波疊層雙色碲鎘汞材料,包括:硅基復(fù)合襯底,以及在所述硅基復(fù)合襯底上由下到上依次排列的碲鎘汞短波吸收層、碲鎘汞阻擋層和碲鎘汞中波吸收層;
所述碲鎘汞短波吸收層為Hg1-xCdxTe,其中x=0.4~0.41;
所述碲鎘汞阻擋層為Hg1-xCdxTe,其中x=0.5~0.55;
所述碲鎘汞中波吸收層為Hg1-xCdxTe,其中x=0.3~0.31。
本實用新型有益效果如下:
本實用新型實施例通過在硅基復(fù)合襯底上由下到上依次排列特殊組分的碲鎘汞短波吸收層、碲鎘汞阻擋層和碲鎘汞中波吸收層,得到硅基短/中波疊層雙色碲鎘汞材料,填補了現(xiàn)有技術(shù)中沒有硅基短/中波疊層雙色碲鎘汞材料的空白。
附圖說明
圖1是本實用新型實施例的硅基短/中波疊層雙色碲鎘汞材料的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本實用新型實施例實例1的硅基短/中波疊層雙色碲鎘汞材料的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為本實用新型實施例實例1的半平面雙注入器件結(jié)構(gòu)示意圖;
其中,10、硅基復(fù)合襯底;20、碲鎘汞短波吸收層;30、碲鎘汞阻擋層;40、碲鎘汞中波吸收層;11、CdTe緩沖層;12、ZnTe緩沖層、13、As鈍化層;14、Si(211)襯底。
具體實施方式
下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例,然而應(yīng)當理解,可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實施例所限制。相反,提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開,并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
為了填補現(xiàn)有技術(shù)中尚未出現(xiàn)硅基短/中波雙色碲鎘汞材料的空白,本實用新型提供了一種硅基短/中波雙色碲鎘汞材料及其制備方法,以下結(jié)合附圖以及實施例,對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型,并不限定本實用新型。
根據(jù)本實用新型的實施例,提供了一種硅基短/中波疊層雙色碲鎘汞材料,圖1是本實用新型實施例的硅基短/中波疊層雙色碲鎘汞材料的結(jié)構(gòu)示意圖,如圖1所示,根據(jù)本實用新型實施例的硅基短/中波疊層雙色碲鎘汞材料包括:硅基復(fù)合襯底10,以及在所述硅基復(fù)合襯底上由下到上依次排列的碲鎘汞短波吸收層20、碲鎘汞阻擋層30和碲鎘汞中波吸收層40;
所述碲鎘汞短波吸收層20為Hg1-xCdxTe,其中x=0.4~0.41;
所述碲鎘汞阻擋層30為Hg1-xCdxTe,其中x=0.5~0.55;
所述碲鎘汞中波吸收層40為Hg1-xCdxTe,其中x=0.3~0.31。
由于器件采用背照式,即光從Si襯底方向射入,因此需要先生長短波吸收層,而后再進行中波吸收層的生長;而為了防止短波吸收層和中波吸收層之間產(chǎn)生串音,需在兩層之間生長一層碲鎘汞阻擋層進行起到隔離作用。
同Si基單色HgCdTe材料相同,Si基復(fù)合襯底是疊層雙色HgCdTe材料及器件的基礎(chǔ)。在材料設(shè)計上面,Si基復(fù)合襯底的設(shè)計沒有太大差別,即在Si襯底表面分別生長砷(As)鈍化層、碲化鋅(ZnTe)緩沖層及碲化鎘(CdTe)緩沖層。優(yōu)選的,所示硅襯底為Si(211)襯底。
作為一種具體的實施方式,所述碲鎘汞短波吸收層20為Hg1-xCdxTe,其中x=0.4;所述碲鎘汞阻擋層30為Hg1-xCdxTe,其中x=0.5;所述碲鎘汞中波吸收層40為Hg1-xCdxTe,其中x=0.3。
各層材料的厚度經(jīng)過我們前期理論計算及實驗的結(jié)果,碲鎘汞短波吸收層20需不小于4.5μm,一般為5~6μm;碲鎘汞阻擋層30的目的是為了防止電流在中波及長波吸收層之間流動產(chǎn)生串音,通過異質(zhì)結(jié)模型計算后,在0.5-0.55組分的情況下,應(yīng)不小于1μm,一般為1.0~1.2μm;碲鎘汞中波吸收層40的厚度設(shè)計要同時兼顧吸收層效率及器件工藝過程中刻蝕、電極等工藝的實現(xiàn)難度,為4.5~4.8μm。
作為一種具體的實施方式,所述碲鎘汞短波吸收層20的厚度為5μm;所述碲鎘汞阻擋層30的厚度為1.2μm;所述碲鎘汞中波吸收層40的厚度為4.5μm。
為了更加詳細的說明本實用新型硅基短/中波疊層雙色碲鎘汞材料,給出實例1。圖2是本實用新型實施例實例1的硅基短/中波疊層雙色碲鎘汞材料的結(jié)構(gòu)示意圖,如圖2所示,14表示Si襯底;13表示As鈍化層,保持材料的極性,確保B面生長;12表示遷移增強(ZnTe)緩沖層,主要為了維持材料能夠沿(211)晶向生長,同時保證二維生長;11表示緩沖層,主要阻擋失配位錯,確保HgCdTe外延層的高質(zhì)量;20表示碲鎘汞短波吸收層;30表示碲鎘汞阻擋層,防止短波和中波層之間串音;40表示碲鎘汞中波吸收層。
本實用新型實施例實例1的的硅基短/中波疊層雙色碲鎘汞材料為半平面雙注入結(jié)構(gòu),圖3為本實用新型實施例實例1的半平面雙注入器件結(jié)構(gòu)示意圖,在圖3中20表示碲鎘汞短波吸收層,30表示碲鎘汞阻擋層,40表示碲鎘汞中波吸收層。本實用新型實施例實例1將Si基材料和半平面雙注入結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢結(jié)合起來,得到器件工藝兼容度高、成本低、大尺寸的短/中波雙色探測器材料。
以上所述僅為本實用新型的實施例而已,并不用于限制本實用新型,對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進等,均應(yīng)包含在本實用新型的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。