射频多阴极溅射制备Pb_xSn_(1-x)Te薄膜

优质的外延Pb_xSn_(1-x)Te膜最初是在锗基片上制得的。用射频多阴极系统同时或逐个以不同速率从三个靶进行溅射成膜。当基片低于普通蒸发技术所需温度时在NaCl和BaF_2基片上可获得Pb_xSn_(1-x)Te多晶膜。采用共溅射技术,控制金属或碲的过量可获得n型和p型Pb_xSn_(1-x)Te膜,其电性能接近最佳的单晶值。把Pb_xSn_(1-x)Te膜淀积在硅和锗基片上做成中红外探测器列阵,可以很容易与全集成热成象系统电子读出元件相结合。峰值D~＊用光导外延膜可达2.4×10~8厘米·赫~(1/2)瓦。多晶膜淀积在复盖有SiO_2膜的Ge片或Si片上显示出很高的响应率(480伏/瓦),D_λ~＊(8.5微米,800,1)在77°K和2π球面度视场角时大于10~9厘米·赫~(1/2)瓦。报导了线列阵探测器的噪音、响应率及探测度的测试。     

液相外延生长的PbTe/Pb_(0.8)Sn_(0.2)Te制备双色探测器阵列

己采用了液相外延(LPE)生长的p-型Pb_(0.8)/p-型Pb_(0.8)Sn_(0.2)Te(PbTe在Pb_(0.8)Sn_(0.2)Te上面)作为双色(3～5和8～14微米)探测器的衬底。用平面扩散技术在液相外延生长衬底上形成二极管。文中并描述了在80K下工作的12元阵列在标称300K、2π视场背景时所表现的特性。六个Pb_(0.8)Sn_(0.2)Te二极管和六个PbTe二极管的平均探测度分别为2.2×10~(10)和1.0×10~(11)厘米·赫~(1╱2)/瓦。     

溅射Cd_xHg_(1-x)Te外延层上的32×32平面红外光伏镶嵌列阵

用溅射淀积方法,温度在250～300℃之间,人们已成功地在(111)CdTe衬底上生长出n型Cd_xHg_(1-x)Te外延层。外延层的厚度为10～30微米,其淀积速率通常取为2微米/小时。Cd组分为0.34的Cd_xHg_(1-x)Te外延层的典型电子浓度约为2×10~(16)厘米~(-3),在77K温度下,其霍尔迁移率为20000厘米~2伏~(-1)秒~(-1)。经退火后,该膜层可转变成P型。本文首次报导在溅射层衬底上制备的背照射32×32平面红外光伏镶嵌列阵的特性。这种列阵的混合结构已经制成,并且进行了评价,已获得的初步结果表明,这种镶嵌结构完全适用于混合式焦平面。     

Pb_(1-x)Sn_xTe质子轰击和等时退火

采用质子轰击使x=0.20和x=0.24 P型Pb_(1-x)Sn_xTe转变为n型。质子能量在200和450千电子伏之间。对于初始浓度低于10~(17)/厘米~3范围的P型Pb_(0.80)Sn_(0.20)Te.用5×10~(17)质子/厘米~2的剂量就能转变为n型。对于浓度与其相当的P型Pb_(0.80)Sn_(0.20)Te要转变型号,剂量需高过5×10~(15)质子/厘米~2。迁移率的变化不大,一般不超过三倍。转了型的样品,迁移率一般增加。使用等时退火研究了由质子造成的效应的稳定性。发现,转为n型的x=0.20和x=0.24两类样品,在退火温度接近或低于140℃时要返回P型。     

液相外延PbSnTe及其探测器性能

本文报导了研究液相外延生长Pb_(0.8)Sn_(0.2)Te晶体薄膜和PbTe/Pb_(0.8)Sn_(0.2)Te异质外延的结果。衬底是用汽相生长的Pb_(0.8)Sn_(0.2)Te单晶,取向为(100)方向。在这种衬底上以较低的外延生长温度得到的碲锡铅薄层,经过In-Cd扩散制成了光伏二极管,其光谱响应峰值超过10微米。同样,以较低温度外延PbTe/PbSnTe异质结,其响应光谱峰值在10～10.6微米而截止波长<12微米。这种二极管具有较高的探测度,一般D~*__(bb)(500K,1000,1)在2～3×10~9厘米·赫~(1/2)瓦,较好的可达4×10~9厘米·赫~(1/2)瓦。目前探测度受前放系统噪声限制。对这种异质结的Ⅰ-Ⅴ特性分析表明,零偏压电阻在20～80欧姆,量子效率η～30％。二极管的Ⅰ-Ⅴ曲线与一般二极管的相似,但结电流中产生复合电流占有相当的成分。     

Pb_(1-x)Sn_xSe-PbS系光敏p-n-异质结

过去已经报导了关于Pb_(1-x)Sn_xSe-PbS系的外延p-n异质结。在液氮温度冷却下这些异质结的灵敏度很弱,甚至完全没有,这或许是由于基片Pb_(1-x)Sn_xSe(～10~(19)厘米~(-3))和外延层PbS(～10~(18)厘米~(-3))电荷载流子浓度很高的缘故。通过长时间退火来降低P型Pb_(1-x)Sn_xSe晶体的载流子浓度可以得到灵     

用弱场霍尔效应判断分子束外延Pb_(0.88)Sn_(0.12)Te/PbTe量子阱能带类型

对分子束外延(MBE)法在BaF_2衬底上生长的N型Pb_(0.88)Sn_(0.12)Te/Pb Te多量子阱材料进行了变温(16～300K)弱场霍尔效应测量。通过分析霍尔系数判断Pb_(0.88)Sn_(0.12)Te/PbTe量子阱能带类型为Ⅰ型。由费密能级的位置估算PbTe导带边高于Pb_(0.88)Sn_(0.12)Te<111>方向能谷导带边约36meV。     

InSb/Pb_(0.79)Sn_(0.21)Te双色夹层式探测器

用InSb和Pb_(0.79)Sn_(0.21)Te光伏探测器制备了双色探测系统。探测器排成同心形式,在结构上是分开的,从而在探测表面之间形成0.125毫米间隙。在300K2π视场背景条件下于77K工作时,PbSnTe和InSb的D_(λp)~*值已分别达到1.4×10~(10)厘米赫~(1/2)瓦~(-1)和9×10~(10)厘米赫~(1/2)瓦~(-1)。     

在适当减少背景辐射的情况下 PbSnTe 二极管的性能

近年来已报道了在T_D=78°K 与视场角为2π时的Pb_(0.80)Sn_(0.20)Te 列阵元件的均匀性与性能。本文报道的是Pb_(0.80)Sn_(0.20)Te 二极管在60～80°K 温度范围内的性能。给出了用液相外延法制成的PbTe/PbSnTe 台面型列阵的数据,也给出了用块状Pb_(0.80)Sn_(0.20)Te 材料制成的平面扩散型列阵元件的数据。对于这二种类型的二极管,在这些温度范围内都能得到D_(λp)~*的平均值大于1×10~(11)厘米·赫~(1/2)/瓦(视场角为f/5)。也介绍了其他器件的数据。     

Sb~ 离子注入Pb_(0.97)Hg_(0.03)Te光伏探测器

用Sb~ 离子注入制备了p型Pb_(1-x) Hg_x Te p-n结光伏探测器。在295K时,用布里奇曼法生长的Pb_(0.97)Hg_(0.03)Te晶体的比电阻为0.01欧·厘米。研究了在77K和295K时的电流-电压特性和光谱响应。在77K时,表面为7.8×10~(-3)厘米~2的二极管的零偏压电阻面积乘积为228欧·厘米~2。在295K时,峰值探测度是在3.2微米处,截止波长在～3.9微米。在77K,视场为30°,背景为295K时,出现在4.95微米处的峰值探测度为1.14×10~(11)厘米赫~(1/2)瓦~(-1)。峰值量子效率约为30％,截止波长为～5.4微米。     

Hg_(1-x)Cd_xTe外延层的气相生长

用一种新的气相方法在CdTe衬底上生长了Hg_(1-x)Cd_xTe外延层,该法可得包括整个合金范围(0≤x≤1)的组分。在利用分离元素源的开管系统中已可单独控制决定组分的四个主要参数——衬底温度(400～500℃)、Hg、Cd和Te的分压。借助于一个模型探讨了生长参数的选择,该模型把合金的淀积当作是同时淀积HgTe和CdTe。垂直于外延层表面的方向有一均匀合金组分的初始区,其后为一延伸到衬底的梯度区。吸收边缘测量表明平行于表面的组分十分均匀。所有的层均为n型,其载流子浓度直到几微米的深度时为10~(18)～10~(17)/厘米~3,在它下面一直延伸到衬底里面为浓度大大地减低的区域。     

红外探测器:开管汽相迁移生长的Pb_(1-x)Sn_x Te外延膜

开管汽相迁移已经在Pb_(1-x)Sn_xTe(100)面衬底上面生长Pb_(1-x)Sn_xTe 外延膜。就表面光滑度和电气特性这两方面而论,原生长的膜适于制作探测器列阵。所利用的料源组分从过量1%金属到过量1%碲。所实现的生长速度为每小时高达3—4微米。原生长外延膜的载流子浓度在3×10~(16)厘米~(-3)——3×10~(17)厘米~(-3)范围内,与生长温度和料源组分有关。在未经表面处理的原生长的薄膜上面制作的带有半透明电极的肖脱基(Schottky)势垒探测器。20—40     

高探测度Pb_xSn_(1-x)Te光伏二极管

英国Allen Clark研究中心制备了在77°K工作的探测度达10~(11)厘米赫~(1/2)瓦~(-1)的10.6微米Pb_xSn_(1-x)Te二极管。峰值响应在12微米和13微米的二极管,它们的探测度比180°视场背景受限值的50％要大。如果二极管加偏压到伏-安特性曲线上的零伏点,那么在70赫到50千赫之间进行测量时1/f噪声就可以略去不计。把二极管装在有效接地电流放大器的直流短路输入端上,就可以得到同样的结果。文内还讨论了这种工作方式用于热成象和CO_2激光探测时的优点。     

平面型Pb_(0.8)Sn(0.2)Te光电二极管研制工作

在经过退火处理、载流子浓度为2×10~(17)厘米~(-3)、迁移率为2.3×10~4厘米~2·伏叫~(-1)·秒~(-1)叫的块状Pb_(0.8)Sn_(0.2)Te 材料上,通过蒸发厚度为几百埃的铟层,然后再经温度在100—200℃范围的短时间热处理,已制成了在77°K 工作、敏感红外辐射达11微米的平面光电二极管列阵。用这种工艺所制成的光电二极管具有峰值探测率2×10~(10)厘米·赫~(1/2)·瓦~(-1),其结面积与零偏压电阻的乘积为0.8欧姆·厘米~2,量子效率为45%。本文介绍器件的特性及制备详情。     

用阴极溅射法淀积的原生Cd_xHg_(1-x)Te外延层的结构和电学性质

采用汞蒸汽等离子体阴极溅射法,在一些CdTe衬底上(总面积为20厘米~2)同时生长了碲镉汞外延层。外延层和衬底之间的过渡区很窄(约80毫微米),沿外延层表面(4厘米~2)的组分变化小于±0.01CdTe克分子分数。在4K到300K之间测量了CdHgTe外延层的霍耳系数。在77K测量,对于在300℃淀积的外延层(Cd组分为0.20克分子分数),得到的结果为:n大约等于5×10~(16)厘米~(-3);霍耳迁移率为12000厘米~2/伏·秒。对于在250℃淀积的外延层的结果为:p=1×10~(17)厘米~(-3);霍耳迁移率为55厘米~2/伏·秒。     

激光蒸发淀积的Hg_(0.7)Cd_(0.3)Te外延生长

用激光蒸发淀积在130℃于(111)A CdTe衬底上生长了n型Hg_0.7Cd_0.3Te外延层。在77K温度下迁移率和载流子浓度分别为4000～7OOOcm~2/Vs和0.7～3×10~16cm~-3。在410℃退火后薄膜可转为P型。已试制注入n~ /P光电二极管。     

用溅射淀积法外延生长优质Cd_xHg_(1-x)Te薄膜

采用汞蒸汽等离子体阴极溅射技术,已同时在几种CdTe衬底上(总面积为20cm~2)外延生长了Cd_xHg_(1-x)Te薄膜。薄膜在加热到310℃的衬底上生成,其淀积速率为0.6μm.h(总厚度≤30μm)。采用不同的实验方法对薄膜的结晶学特性进行了分析,这些方法包括:反射X-射线形貌、衍射分布图的半值宽度(FWHM)测量、透射电子显微镜分析(TEM)和卢瑟福反向散射分析(RBS)。TEM法,摆动曲线和RBS的结果揭示出薄膜具有很高的结晶学质量(外延层内的位错密度接近10~4cm~(-2))。在4K和300K之间测量了Cd_xHg_(1-x)Te外延层的霍耳系数。衬底温度为285℃时淀积的外延层(镉的组分为0.23,厚度16μm),在77K测量的结果是:载流子浓度n大约为2.7×10.(16)cm~(-3);霍耳迁移率为64000cm~2·V~(-1·S~(-1)。当镉的组分为0,31时(外延层厚度为18μm),则得到n=1.6×10~(16)cm~(-3);霍耳迁移率为16000cm~2·V~(-1)·S~(-1)。淀积出来的外延膜在双温区炉子内的汞气氛中退火后,其电学性质得到改善。n型外延膜的电子迁移率提高到接近用非最佳退火参量得到的体材料的水平。     

Te~ 离子注入溶液生长的Pb_(1-x)Sn_xTe制备P-N结

采用Te~ 离子注入使N型Pb_(1-x)Sn_xTe转变成P型层。Te~ 离子浓度大于1×10~(15)/厘米~2,并经适当的后退火处理在N型Pb_(1-x)Sn_xTe表面上产生大约1微米厚P型层。近年来,曾采用离子注入在Pb_(1-x)Sn_xTe晶体中制备P-N结,晶体的类型转变是由于用离子注入(如同化学掺杂)引进外来的原子或因注入产生的晶格缺陷造成的。在本文中,我们报导通过基质原子Te的注入控制化学计算的偏差使N型Pb_(1-x)Sn_xTe晶体类型转变。为了减少因注入而产生的晶格缺陷(贡献出N型电导)还需要适当的后退火。     

Pb_(1-x)Sn_xTe材料等离子体反射边的温度漂移现象

本文报道对Pb_(0.8)Sn_(0.2)Te单晶以及p-PbSnTe/p~ -PbSnTe和n-PbTe/p-PbSnTe/p~ -PbSnTe液相外延层进行观察得到的等离子体(Plasma)反射边的温度漂移现象。认为这是由于电极化有效质量m_s和散射弛豫时间τ共同影响的结果,其中m_s随温度的升高而变大,起着主要的作用。本文最后对浓度为1.45×10~(19)/cm~3的单晶样品进行了模拟计算,在计算光谱与实验光谱达到一致的情况下,得到了m_s,τ随温度的变化曲线。     

离子注入Cd_xHg_(1-x)Te红外光伏探测器

用注入Al离子产生n-型区制成了Cd_xHg_(1-x)Te n-p结光伏探测器。用组分x=0.18(禁带宽相应为0.1电子伏)的材料所制成的注入式二极管在灵敏面积为200×250微米时,其零偏压电阻在77°K下为1千欧。在4～12微米范围内的光谱响应几乎是平的,量子效率在10.6微米时高达57％。在视场为30°和10.6微米时测得的探测度为7.3×10~(10)厘米赫~(1/2)瓦~(-1)。这是曾报导过的在该波长时的最高探测度之一。这些二极管在一与CO_2激光器配合工作的外差探测系统中使用时,频率响应为1千兆赫。