能够满足小型化、轻重量、低功耗、高性能和低成本的应用要求Sunday, January 28, 2024第三代兴盛的一个首要偏向是高事情温度探测器。对付碲镉汞n-on-p探测器而言，n⁺-n⁻-p构造以及精良的钝化工艺可以有用的抑低暗

　　据麦姆斯斟酌报道，近期，中邦科学院上海本事物理钻研所红外成像原料与器件重心实习室的科研团队正在《红外与毫米波学报》期刊上发外了以“通过成结模仿器钻研n⁺-n⁻-p碲镉汞高温探测器”为要旨的著作。该著作第一作家为林加木副钻研员，通信作家为林春钻研员，关键从事碲镉汞红外焦平面的钻研事情。

　　本文先容了钻研团队正在碲镉汞n-on-p高事情温度器件方面所做的事情，由碲镉汞成结模仿器开赴，模仿了n⁺-n⁻-p型高温器件成结流程，得回了造备参数和器件参数，联络利用抑低外观泄电的梯度钝化工艺本事，得回了高温事情的中波320×256焦平面器件，并举办了一系列参数外征和成像演示。

　　对须要正在更高温度下事情的碲镉汞红外探测器而言，抑低暗电流是中枢事情。本钻研联络工艺仿真和器件仿真，对器件成结工艺和抑低外观泄电的钝化工艺举办了钻研。

　　碲镉汞n-on-p器件要正在更高的事情温度下具有较好的功能，对n⁻区的厚度以及掺杂浓度的调造是一个闭节的工艺次序。正在平面结工艺的底子上，对离子注入后变成的pn结举办高温退火，使得pn结深度获得促进，同时消浸了n⁻区浓度，变成如图1所示的n⁺-n⁻-p构造。

　　正在离子注入后的退火工艺流程中，受温度的影响，被离子注入打出的Hg填隙原子向碲镉汞内部扩散，注入区相近区域内行为受主的Hg空地被填充后，最终变成了由结余施主掺杂的n⁻区。钻研团队开辟了成结模仿器来特意钻研分别退火温度和退火时光下Hg填隙原子向内部扩散的速率和深度，从而确定了餍足工艺哀求的退火条款限造。

　　正在该钻研中，采用自行开辟的成结模仿器最初举办成结模仿，随后得回整体的成结造备参数，从而加快了钻研的效力。碲镉汞原料成结与古代硅原料分别，硼离子注入于碲镉汞原料之后黑白电活性的，它的功用正在于撞出晶格中的汞原子，变成汞填隙，随后正在退火的流程中，汞填隙从毁伤区内溢出向体内扩散，堙灭p型汞空地，显示出结余施主n⁻区，最终变成n⁺-n⁻-p结。

　　图2为中波碲镉汞好像时光下分别退火温度的结深促进结果，图中粉色虚线代外完了余施主浓度，则当汞空地浓度弧线与结余施主浓度虚线交友时，则代外完了深的位子。从图2中能够看出，退火温度对结深促进的影响分外大，高退火温度能够将结深促进至较深的隔断，而较低的退火温度则得回较浅的结深促进隔断。

　　通过成结模仿器得回结区掺杂浓度分散之后，将其代入器件模仿软件。按照扩散及漂移模子，扶植电流连接性方程。因为高温事情器件采用的是n⁺-n⁻-p构造，于是关键斟酌电子的功用。所得回模仿的器件暗电流随温度转移的结果如图3所示。

　　因为碲镉汞原料是窄禁带半导体，其外观电荷状况极容易受到界面电荷的影响，从而变成载流子反型或蕴蓄堆积的状况，变成界面处pn结功能退化，变成外观泄电，其暗电流速速减少。本钻研造备的器件采用了界面梯度转移的钝化工艺，用来抑低外观泄电，大幅度消浸器件暗电流，从而进一步提升器件事情温度。

　　高温热执掌能够使得CdTe/HgCdTe之间发作组分互扩散，从而正在碲镉汞外观变成必然深度的组分互扩散区域，正在该区域内Cd组分从碲镉汞体内至外观渐渐减少。碲镉汞内部能带因为组分发作转移从而变成了弯曲，其爆发的内筑电场使得碲镉汞外观的载流子向碲镉汞内部搬动。

　　正在平均态时，碲镉汞内部载流子浓度大于外观相近的载流子浓度；同时得益于禁带宽度正在外观较宽，隧穿电流也获得了必然的抑低。于是，始末CdTe/HgCdTe退火后造备出来的光敏元芯片，因为组分互扩散钝化层的生活，外观泄电获得了极大的抑低，从而使得探测器暗电流中的泄电流因素获得了大幅的减少。图4为组分梯度缓变钝化能带构造仿线 组分梯度缓变钝化的能带构造

　　钻研团队基于液相外延（LPE）成长的中波碲镉汞原料造备了能正在更高温度下事情的红外焦平面器件。通过注入成结，注入后举办热执掌变成n⁺-n⁻-p构造。钝化层选用CdTe，成长钝化层后，通过热执掌变成组分渐变的CdTe/HgCdTe 外观区域。后续举办ZnS成长，金属化，造备碲镉汞光敏芯片，再通过铟柱倒焊读出电道，得回了高温事情的中波320×256焦平面探测器。将器件封装至金属杜瓦内，

　　耦合造冷机，造备成红外焦平面造冷组件。杜瓦窗口为宝石窗口，所安设的冷屏核心

　　探测器芯片组分为0.307，阵列界限320×256，像元核心距30 μm。遵循邦标哀求的条款和测试手腕，对该器件举办了高事情温度下的参数外征，并正在此底子上举办了成像演示。测试时黑体温度永别为293 K和308 K，积分时光18 ms。利用该探测器正在分别事情温度下举办了审视成像演示，并对成像结果做了伪彩色执掌，成像结果如图5所示，能够看到正在分别事情温度下都浮现出精良的成像功效，加倍正在150 K下该探测器成像质地较好，温度分别真切可辨。

　　高事情温度红外探测器能够有用的减小红外编造的尺寸、重量和本钱，杀青“SWaP³”。钻研团队基于工艺仿真和器件仿真，通过n⁺-n⁻-p型器件造备工艺和抑低外观泄电的钝化工艺研造了可以正在更高温度下事情的红外焦平面探测器。与成结模仿器仿真结果高度吻合的器件测试结果阐明，该器件能够正在高事情温度下寻常事情，并具有优异的功能，此中暗电流和NETD正在150 K事情温度条款下均适应了表面仿真结果，同时正在高事情温度条款下中波红外成像功效浮现精良，可以餍足小型化、轻重量、低功耗、高功能和低本钱的运用哀求。

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