專利名稱：熔體法生長的碲鎘汞材料n型熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單晶或具有一定結(jié)構(gòu)的均勻多晶化合物材料的后處理技術(shù)，特別是指用于紅外中波探測的碲鎘汞(HgCdTe)光導探測器晶體材料的N型熱處理方法。
背景技術(shù)：
碲鎘汞是一種極為重要的紅外材料，用熔體法生長的碲鎘汞晶體材料制成的光導型紅外探測器已在氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、地資衛(wèi)星，導彈制導、紅外熱像儀、紅外測溫以及環(huán)境保護等各種領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。為了滿足制作光導型探測器的要求，碲鎘汞材料長晶后的第一步工藝就是N型熱處理，目的是盡量降低材料長晶過程中產(chǎn)生的高濃度缺陷。傳統(tǒng)的碲鎘汞材料熱處理方法是根據(jù)理論分析晶體內(nèi)的缺陷平衡進行的，理論分析見H.R.Vydyanath，J.Electrochem.Soc.128(1981)，2609。圖1是組分為0.2的理論分析結(jié)果，由圖可見，當汞壓一定，熱處理溫度越低，缺陷濃度越低。根據(jù)傳統(tǒng)理論對組分約為0.3的中波材料，在低于300℃，在同溫度的飽和汞氣氛中作足夠長時間的熱處理，缺陷濃度已低于1×1014cm-3。根據(jù)上述理論分析進行的熱處理，確實得到了大量的電子濃度低，遷移率高的優(yōu)質(zhì)N型晶片，但同時也有為數(shù)不少的樣品性能極差，它們的低溫遷移率甚至只有102～103cm2/v.s，分析表明這主要是位錯的作用，見蕭繼榮，紅外技術(shù)，20(1988)，13。這意味著傳統(tǒng)的低溫熱處理不能有效地消除位錯的影響。Schaake等人曾用高溫退火，約600℃及同溫度的飽和汞氣氛中退火4小時以上的方法來消除位錯(U.S.patem，4,481,044)。這種方法能有效地消除與過量Te相關(guān)聯(lián)的位錯，據(jù)認為在熔體法生長的碲鎘汞晶體中Te是過量的，透射電鏡觀察到大量的Te集聚在位錯附近。但是我們發(fā)現(xiàn)在低遷移率晶片中的位錯卻是跟金屬元素Hg、Cd過量相關(guān)的。圖2是低遷移率晶片經(jīng)過位錯腐蝕后的金相照片，該晶片77K的電子濃度是1×1016cm-3，電子遷移率是146cm2/v.s，圖中黑點是位錯腐蝕坑。該晶片的二次離子質(zhì)譜分析結(jié)果見下表1表1

表中數(shù)值是原子百分比，從表中數(shù)值可看出位錯高密度區(qū)的Cd、Hg金屬原子明顯高于位錯低密度區(qū)，表明這種位錯是與Hg、Cd過量相關(guān)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種在已有的碲鎘汞N型熱處理方法前插入一種能有效消除與Hg、Cd過量相關(guān)的位錯的方法，使材料成品率和性能得到提高。
本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案完成將經(jīng)排氣密封裝有碲鎘汞樣品和汞源的真空玻璃管推入雙溫區(qū)管式電爐內(nèi)，樣品置于爐溫溫度在300～350℃的高溫區(qū)，汞源在50～100℃的低溫區(qū)，恒溫處理10-15天后，再將高溫區(qū)溫度降至300-280℃，汞源溫度升至低于樣品0-20℃，繼續(xù)恒溫處理至少30天。
本發(fā)明的方法是基于碲鎘汞樣品在熱處理過程中有如下反應(yīng)，，。
上式中VHg是Hg空位，Hgi是間隙Hg原子，Hg(g)是氣相中的Hg原子。由質(zhì)量作用定律[VHg]⇔kVPHg-1e-Ev/kT,---(1)]]>[Hgi]⇔kiPHge-Ei/kT.---(2)]]>式中Ev、Ei分別為汞空位與間隙汞形成能，T、PHg分別為熱處理溫度及汞壓。從(1)、(2)式看出隨汞壓降低，汞空位濃度增高，間隙汞濃度降低。隨溫度升高，汞空位濃度與間隙汞濃度都升高，間隙汞濃度升高對消除過量汞是不利的，所以要適當控制溫度，盡量降低汞壓，就可在晶體中產(chǎn)生盡量多的Hg空位，這就是本發(fā)明提出的在常規(guī)N型熱處理前插入低汞壓熱處理，以在晶體內(nèi)產(chǎn)生大量的汞空位，使其與位錯處的過量的Cd、Hg反應(yīng)而湮滅。從而有效消除位錯的作用，隨后再作常規(guī)的低溫N型處理將Hg空位濃度降至最低。
本發(fā)明的最大優(yōu)點在于對儀器設(shè)備沒有作任何改變，只是在工藝上略作變動，卻獲得很好的效果。


圖1為H.R.Vydyanath的熱處理理論分析碲鎘汞晶體的缺陷濃度、溫度與汞壓的關(guān)系。
圖2是低遷移率晶片經(jīng)過位錯腐蝕后的金相照片。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作詳細介紹
A.首先將玻璃管和石英舟用洗潔精清洗并用水沖凈后在鉻酸中浸泡4小時，用去離子水沖洗15次，烘干待用；B.將研磨過的碲鎘汞樣品用丙酮、去離子水與酒精超聲清洗干凈后放在濾紙上自然干燥；然后將晶片插入石英舟后推入玻璃管，在推入玻璃管之前先在管內(nèi)滴入半粒黃豆大小的汞滴；C.將上述裝有晶片與汞滴的玻璃管接入真空系統(tǒng)抽真空至0.02Pa后封下；D.將經(jīng)排氣密封裝有晶片的玻璃管推入雙溫區(qū)管式電爐內(nèi)，進行消除位錯的低汞壓熱處理，其方法為樣品加熱至300-350℃，汞源加熱至50-100℃，恒溫處理10-15天；E.然后將樣品溫度降至300-280℃，汞源溫度升至低于樣品0-20℃，繼續(xù)熱處理至少30天后取出玻璃管，冷卻到室溫。
上述熱處理方法的效果可以從下面的表2內(nèi)數(shù)據(jù)看出，表內(nèi)括號中的數(shù)據(jù)是用常規(guī)的300℃等溫處理后得到的，括號外的數(shù)據(jù)是同一樣品用本發(fā)明的方法處理后得到的。從表2內(nèi)看出，本發(fā)明方法處理的樣品77K的電子遷移率升高數(shù)十倍至100倍，使這些“廢片”變?yōu)閮?yōu)質(zhì)片。
表2

樣品中序號第一數(shù)字相同為同一晶錠。
1號晶錠低汞壓熱處理條件為樣品加熱至300℃，汞源加熱至50℃，恒溫處理10天。
2號晶錠低汞壓熱處理條件為樣品加熱至320℃，汞源加熱至70℃，恒溫處理12天。
3-7號晶錠低汞壓熱處理條件為樣品加熱至350℃，汞源加熱至100℃，恒溫處理15天。
權(quán)利要求
1.一種熔體法生長的碲鎘汞材料的N型熱處理方法，其步驟如下A.首先將玻璃管和石英舟用洗潔精清洗并用水沖凈后在鉻酸中浸泡4小時，用去離子水沖洗15次，烘干待用；B.將研磨過的碲鎘汞樣品用丙酮、去離子水與酒精超聲清洗干凈后放在濾紙上自然干燥；然后將晶片插入石英舟后推入玻璃管，在推入玻璃管之前先在管內(nèi)滴入半粒黃豆大小的汞滴；C.將上述裝有晶片與汞滴的玻璃管接入真空系統(tǒng)抽真空至0.02Pa后封下；D.將經(jīng)排氣密封裝有晶片的玻璃管推入雙溫區(qū)管式電爐內(nèi)，進行消除位錯的低汞壓熱處理，其特征在于熱處理條件為將樣品加熱至300-350℃，汞源加熱至50-100℃，恒溫處理10-15天；E.然后將樣品溫度降至280-300℃，汞源溫度升至低于樣品0-20℃，繼續(xù)熱處理至少30天后取出玻璃管，冷卻到室溫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熔體法生長的碲鎘汞材料N型熱處理方法，該方法的特征是在已有的碲鎘汞N型熱處理方法前插入一種低汞壓熱處理方法，這種方法能有效消除與Hg、Cd過量相關(guān)的位錯，使材料成品率和性能得到提高。本發(fā)明的最大優(yōu)點在于對儀器設(shè)備沒有作任何改變，只是在工藝上略作變動，卻獲得很好的效果。
文檔編號C30B33/00GK1605661SQ200410066229
公開日2005年4月13日 申請日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月9日
發(fā)明者蕭繼榮, 林杏潮, 龔海梅, 楊曉陽, 張莉萍, 陸榮, 邵秀華 申請人:中國科學院上海技術(shù)物理研究所