專利名稱：Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，雙色紅外焦平面探測(cè)技術(shù)具有雙波段探測(cè)、可獲得更多地面目標(biāo)信息等顯著優(yōu)點(diǎn)，在目標(biāo)搜尋、導(dǎo)彈預(yù)警探測(cè)、情報(bào)偵察等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。疊層雙色HgCdTe材料的制備是實(shí)現(xiàn)雙色探測(cè)器的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的中/長(zhǎng)波雙色探測(cè)器采用碲鋅鎘(CdZnTe)作為襯底材料，材料的成本很高，機(jī)械強(qiáng)度較差，生長(zhǎng)過(guò)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(shí)其難以實(shí)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。此外,在器件結(jié)構(gòu)方面,美國(guó)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(shí)現(xiàn)起來(lái)技術(shù)難度較大，并且與現(xiàn)有基于液相外延的器件工藝不兼容。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料及其制備方法。本發(fā)明提供一種Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料，Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料由下到上依次包括:晶向?yàn)?11的Si襯底、在Si襯底的表面上依次生長(zhǎng)的砷As鈍化層、碲化鋅ZnTe緩 沖層、碲化鎘CdTe緩沖層、以及三層不同組份不同厚度的碲鎘汞薄膜層。優(yōu)選地，三層不同組份不同厚度的碲鎘汞薄膜層具體包括:位于最上層的長(zhǎng)波吸收層、位于中層的短波阻擋層、以及位于下層的中波吸收層。優(yōu)選地，長(zhǎng)波吸收層為:Hgl-xCdxTe，其中，x=0.23 ;短波阻擋層為:Hgl_xCdxTe，其中，x=0.6 ;中波吸收層為:Hgl-xCdxTe，其中，0.3彡x彡0.31。優(yōu)選地，長(zhǎng)波吸收層的厚度為4.5 μ m ;短波阻擋層的厚度為1.2 μ m ;中波吸收層的厚度為4.5 μ m。本發(fā)明還提供了一種制備基于半平面雙注入結(jié)構(gòu)的硅Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料的方法，包括:進(jìn)行外延級(jí)Si襯底清洗，去掉Si襯底的自然氧化層，形成人為氧化層；對(duì)Si襯底進(jìn)行氧化層去除，并進(jìn)行As鈍化；采用遷移增強(qiáng)MME的方式生長(zhǎng)ZnTe緩沖層，并隨后進(jìn)行CdTe緩沖層的生長(zhǎng)；進(jìn)行三層不同組份不同厚度的碲鎘汞薄膜層的生長(zhǎng)。優(yōu)選地，進(jìn)行外延級(jí)Si襯底清洗，去掉Si襯底的自然氧化層，形成人為氧化層具體包括:步驟1，將Si襯底依次在三氯乙烯溶液、丙酮、和甲醇里浸泡，隨后在去離子水沖洗，去除有機(jī)物污染物；步驟2，將水H20/雙氧水H202/氨水NH40H以5:1:1的比例進(jìn)行混合，將Si襯底浸入其中，最后用去離子水沖洗，去除表面的金屬離子等顆粒雜質(zhì)；步驟3，用稀釋的氫氟酸溶液進(jìn)行腐蝕，去除Si襯底的表面氧化層；步驟4，將H20/H202/鹽酸HCl以4:1:1的比例進(jìn)行混合，將Si襯底浸入其中，最后用去離子水沖洗；步驟5，如果Si襯底表面呈親水性，重新執(zhí)行步驟4的處理，否則，用干燥的氮?dú)釴2吹干Si襯底表面，形成新的表
面氧化層。優(yōu)選地，對(duì)Si襯底進(jìn)行氧化層去除，并進(jìn)行As鈍化具體包括:對(duì)Si襯底進(jìn)行氧化層去除，在氧化層去除后的降溫過(guò)程中向Si襯底的表面噴一層As以飽和Si襯底表面的懸掛鍵。優(yōu)選地，采用遷移增強(qiáng)MME的方式生長(zhǎng)ZnTe緩沖層，并隨后進(jìn)行CdTe緩沖層的生長(zhǎng)具體包括:步驟1，在As鈍化層的襯底表面鈍化一層Te，保持B面生長(zhǎng)；步驟2，在一定的溫度條件下，交替打開(kāi)Zn源與Te源；步驟3，在一定的溫度條件下進(jìn)行退火，使生長(zhǎng)的ZnTe緩沖層恢復(fù)單晶狀態(tài)；步驟4，在ZnTe緩沖層上，在一定溫度條件下，外延CdTe緩沖層；步驟5，CdTe緩沖層生長(zhǎng)一段時(shí)間后，開(kāi)Te束流保護(hù)，并在一定的溫度條件下進(jìn)行退火；步驟6，在一定的溫度條件下繼續(xù)生長(zhǎng)CdTe層，每隔預(yù)定時(shí)間退火一次，直到預(yù)先設(shè)置的生長(zhǎng)時(shí)間結(jié)束。優(yōu)選地，進(jìn)行三層不同組份不同厚度的碲鎘汞薄膜層的生長(zhǎng)具體包括:通過(guò)溫度設(shè)定曲線來(lái)補(bǔ)償碲鎘汞薄膜層中的中波吸收層表面生長(zhǎng)溫度的變化，獲得恒定的表面生長(zhǎng)溫度，生長(zhǎng)中波吸收層；在中波吸收層生長(zhǎng)結(jié)束后，關(guān)閉除汞Hg以外的所有源，升高Si襯底溫度，同時(shí)將CdTe源的源溫調(diào)整到適合碲鎘汞薄膜層中的短波阻擋層的溫度，待CdTe源溫及Si襯底溫度穩(wěn)定后繼續(xù)生長(zhǎng)短波阻擋層；在短波阻擋層生長(zhǎng)結(jié)束后，關(guān)閉除Hg以外的所有源，降Si低襯底溫度，同時(shí)將CdTe源的源溫調(diào)整到適合碲鎘汞薄膜層中的長(zhǎng)波吸收層的溫度，待CdTe源溫及Si襯底溫度穩(wěn)定后繼續(xù)生長(zhǎng)長(zhǎng)波吸收層。優(yōu)選地，在生長(zhǎng)結(jié)束后，獲取的中波吸收層為:Hgl-XCdXTe，其中，0.3彡X彡0.31，長(zhǎng)波吸收層的厚度為4.5μπι;在生長(zhǎng)結(jié)束后，獲取的短波阻擋層為:Hgl-XCdXTe，其中，x=0.6，短波阻擋層的厚 度為1.2μπι;在生長(zhǎng)結(jié)束后，獲取的長(zhǎng)波吸收層為:Hgl-XCdXTe，其中，x=0.23，中波吸收層的厚度為4.5μπι。本發(fā)明有益效果如下:通過(guò)較低的成本實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量Si基疊層中/長(zhǎng)波雙色HgCdTe材料的生長(zhǎng)，避免了 CdZnTe襯底所導(dǎo)致的尺寸小、控溫難、成本高、表面質(zhì)量較差等問(wèn)題，并且基于現(xiàn)有器件制備技術(shù)，即可以實(shí)現(xiàn)基于半平面雙注入結(jié)構(gòu)的雙色HgCdTe器件。上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。


通過(guò)閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中:圖1是本發(fā)明實(shí)施例的硅Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例的娃Si基中/長(zhǎng)波置層雙色締鋪萊材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)選不意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的制備基于半平面雙注入結(jié)構(gòu)的硅Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料的方法的流程圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的Si基中波HgCdTe生長(zhǎng)溫度曲線設(shè)置的示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的基于半平面雙注入結(jié)構(gòu)的雙色HgCdTe器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開(kāi)的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開(kāi)的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本公開(kāi)，并且能夠?qū)⒈竟_(kāi)的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。為了解決現(xiàn)有技術(shù)CdZnTe襯底所導(dǎo)致的尺寸小、控溫難、成本高、表面質(zhì)量較差等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料及其制備方法，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(dòng)熱應(yīng)力匹配、較高的機(jī)械強(qiáng)度和平整度及潛在的實(shí)現(xiàn)單片式IRFPA的能力等特點(diǎn)，是一種極佳的替代襯底材料。同時(shí)Si基單色HgCdTe材料經(jīng)過(guò)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(zhǎng)波HgCdTe材料；其中短波、中波器件規(guī)模達(dá)到2kX 2k同時(shí)性能可以和碲鋅鎘基器件媲美。本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案采用基于半平面雙注入Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色結(jié)構(gòu)可以將Si基材料和半平面雙注入結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)器件工藝兼容度高、成本低、大尺寸的中/長(zhǎng)波雙色探測(cè)器材料。以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解 釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種硅Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料，圖1是本發(fā)明實(shí)施例的硅Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料由下到上依次包括:晶向?yàn)?11的Si襯底、在所述Si襯底的表面上依次生長(zhǎng)的砷As鈍化層、碲化鋅ZnTe緩沖層、碲化鎘CdTe緩沖層、以及三層不同組份不同厚度的碲鎘汞薄膜層。其中，所述三層不同組份不同厚度的碲鎘汞薄膜層具體包括:位于最上層的長(zhǎng)波吸收層、位于中層的短波阻擋層、以及位于下層的中波吸收層。其中，長(zhǎng)波吸收層為:Hgl-XCdXTe，其中，x=0.23 ;短波阻擋層為:Hgl_xCdxTe，其中，x=0.6 ;中波吸收層為:Hgl_xCdxTe，其中，0.3彡X ( 0.31。長(zhǎng)波吸收層的厚度為4.5 μ m ;短波阻擋層的厚度為
1.2 μ m ;中波吸收層的厚度為4.5 μ m。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的硅Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)選示意圖，如圖2所示，其中G層為Si襯底；F層為As鈍化層，保持材料的極性，確保B面生長(zhǎng)；E層為遷移增強(qiáng)(ZnTe)緩沖層，主要為了維持材料能夠沿(211)晶向生長(zhǎng)，同時(shí)保證二維生長(zhǎng)；D層為緩沖層，主要阻擋失配位錯(cuò)，確保HgCdTe外延層的高質(zhì)量；C層為中波波段吸收層；B層為短波阻擋層，防止中波和長(zhǎng)波層之間串音；A層為長(zhǎng)波吸收層。綜上所述，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)。在本發(fā)明實(shí)施例中，在材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色結(jié)構(gòu)由Si
(211)襯底表面依次生長(zhǎng)的砷(As)鈍化層、碲化鋅(ZnTe)遷移增強(qiáng)緩沖層、碲化鎘(CdTe)緩沖層和三層不同組份、不同厚度的碲鎘汞薄膜層組成，在HgCdTe吸收層材料設(shè)計(jì)方面，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(zhǎng)中波材料，而后再進(jìn)行長(zhǎng)波材料的生長(zhǎng)；而為了防止中波和長(zhǎng)波吸收層之間產(chǎn)生串音，需在兩層之間生長(zhǎng)一層組分不小于0.6 μ m的短波HgCdTe材料進(jìn)行起到隔離作用。各層材料的厚度經(jīng)過(guò)我們前期理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，中波吸收層不小于4 μ m即可，優(yōu)選為4.5 μ m ;長(zhǎng)波吸收層材料同樣選擇4.5μπι;短波阻擋層材料目的是為了防止電流在中波及長(zhǎng)波吸收層之間流動(dòng)產(chǎn)生串音，應(yīng)不小于I μ m,優(yōu)選為1.2 μ m。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種制備基于半平面雙注入結(jié)構(gòu)的硅Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料的方法，圖3是本發(fā)明實(shí)施例的制備基于半平面雙注入結(jié)構(gòu)的硅Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料的方法的流程圖，生長(zhǎng)出高質(zhì)量的Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色材料有以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):1)生長(zhǎng)出高質(zhì)量、低表面粗糙度、低缺陷密度、低位錯(cuò)密度的高質(zhì)量復(fù)合襯底材料；2)高質(zhì)量中波HgCdTe材料的外延；3) Si基HgCdTe多層結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備基于半平面雙注入結(jié)構(gòu)的硅Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料的方法包括如下處理:步驟301，進(jìn)行外延級(jí)Si襯底清洗，去掉Si襯底的自然氧化層，形成人為氧化層；步驟301具體包括如下處理:步驟1，將Si襯底依次在三氯乙烯溶液、丙酮、和甲醇里浸泡，隨后在去離子水沖洗，去除有機(jī)物污染物；步驟2，將水H2O/雙氧水H2O2/氨水NH4OH以5:1:1的比例進(jìn)行混合，將Si襯底浸入其中，最后用去離子 水沖洗，去除表面的金屬離子等顆粒雜質(zhì)；步驟3，用稀釋的氫氟酸溶液進(jìn)行腐蝕，去除Si襯底的表面氧化層； 步驟4，將H2CVH2O2/鹽酸HCl以4:1:1的比例進(jìn)行混合，將Si襯底浸入其中，最后用去離子水沖洗；步驟5，如果Si襯底表面呈親水性，重新執(zhí)行步驟4的處理，否則，用干燥的氮?dú)釴2吹干Si襯底表面，形成新的表面氧化層。步驟302，對(duì)Si襯底進(jìn)行氧化層去除，并進(jìn)行As鈍化；步驟302具體包括如下處理:對(duì)Si襯底進(jìn)行氧化層去除，在氧化層去除后的降溫過(guò)程中向Si襯底的表面噴一層As以飽和Si襯底表面的懸掛鍵。步驟303，采用遷移增強(qiáng)MME的方式生長(zhǎng)ZnTe緩沖層，并隨后進(jìn)行CdTe緩沖層的生長(zhǎng);步驟303具體包括如下處理:步驟1，在As鈍化層的襯底表面鈍化一層Te，保持B面生長(zhǎng)；步驟2，在一定的溫度條件下，交替打開(kāi)Zn源與Te源；步驟3，在一定的溫度條件下進(jìn)行退火，使生長(zhǎng)的ZnTe緩沖層恢復(fù)單晶狀態(tài)；步驟4，在ZnTe緩沖層上，在一定溫度條件下，外延CdTe緩沖層；步驟5，CdTe緩沖層生長(zhǎng)一段時(shí)間后，開(kāi)Te束流保護(hù)，并在一定的溫度條件下進(jìn)行退火；
步驟6，在一定的溫度條件下繼續(xù)生長(zhǎng)CdTe層，每隔預(yù)定時(shí)間退火一次，直到預(yù)先設(shè)置的生長(zhǎng)時(shí)間結(jié)束。步驟304，進(jìn)行三層不同組份不同厚度的碲鎘汞薄膜層的生長(zhǎng)。步驟304具體包括如下處理:通過(guò)溫度設(shè)定曲線來(lái)補(bǔ)償碲鎘汞薄膜層中的中波吸收層表面生長(zhǎng)溫度的變化，獲得恒定的表面生長(zhǎng)溫度，生長(zhǎng)中波吸收層；在生長(zhǎng)結(jié)束后，獲取的中波吸收層為:Hgl_xCdxTe，其中，0.3 ^ X ^ 0.31，長(zhǎng)波吸收層的厚度為4.5 μ m ;圖4是本發(fā)明實(shí)施例的Si基中波HgCdTe生長(zhǎng)溫度曲線設(shè)置的示意圖。在中波吸收層生長(zhǎng)結(jié)束后，關(guān)閉除汞Hg以外的所有源，升高Si襯底溫度，同時(shí)將CdTe源的源溫調(diào)整到適合碲鎘汞薄膜層中的短波阻擋層的溫度，待CdTe源溫及Si襯底溫度穩(wěn)定后繼續(xù)生長(zhǎng)短波阻擋層；在生長(zhǎng)結(jié)束后，獲取的短波阻擋層為:Hgl_xCdxTe，其中，x=0.6，短波阻擋層的厚度為1.2 u m ；在短波阻擋層生長(zhǎng)結(jié)束后，關(guān)閉除Hg以外的所有源，降Si低襯底溫度，同時(shí)將CdTe源的源溫調(diào)整到適合碲鎘汞薄膜層中的長(zhǎng)波吸收層的溫度，待CdTe源溫及Si襯底溫度穩(wěn)定后繼續(xù)生長(zhǎng)長(zhǎng)波吸收層。在生長(zhǎng)結(jié)束后，獲取的長(zhǎng)波吸收層為:Hgl-XCdXTe，其中，x=0.23，中波吸收層的厚度為4.5 μ m。以下對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。步驟I，外延級(jí)(Ep1-ReadyX211)晶向Si片清洗；通過(guò)改進(jìn)的RCA工藝先去掉Si襯底的自然氧化層，形成人為氧化層，從而降低Si襯底的去氧化層溫度；具體工藝如下:1.Si片在135°C三氯乙烯溶液中浸泡5min，然后在丙酮里浸泡3min，然后在甲醇里浸泡3min,去離子水(DI water)沖洗3min,去除有機(jī)物污染物；

i1.SC-Ι 處理，水(H20)/雙氧水(H202)/氨水(NH40H) (5:1:1)。先混合 65mlNH40H(27%)和 325ml DI H20，加熱到 70±5°C，然后加入 65mlH202 (30%) l_2min后即可浸入Si片，15min ;用DI water沖洗多遍。去除表面的金屬離子等顆粒雜質(zhì)；ii1.用稀釋的氫氟酸(HF) (2%)溶液腐蝕，去除表面氧化層；iv.SC-2 處理，H20/H202/ 鹽酸(HCl) (4:1:1)。先混合 65ml HCl (37%)和 260mlDI H20，加熱到 70±5°C，加入 65ml H202 (30%) l_2min后即可浸入 Si 片，15min ;用 DI water沖洗3-5min，如果表面呈親水性，重新進(jìn)入iv.處理；隨后用干燥的氮?dú)?N2)吹干，可形成新的表面氧化層；新形成的氧化層有效保護(hù)Si片免受二次污染并可降低Si片的熱脫氧溫度，為下一步工藝提供良好準(zhǔn)備。步驟2，Si襯底的氧化層去除及As鈍化；經(jīng)過(guò)步驟I的處理，可將Si襯底的去氧化層溫度降到900度以下，氧化層去除后得到原子級(jí)潔凈的襯底；在氧化層去除后的降溫過(guò)程中向Si的表面噴一層As以飽和Si表面的懸掛鍵從而實(shí)現(xiàn)對(duì)襯底表面極性的控制，保證外延B面(Te面)生長(zhǎng)模式。步驟3，遷移增強(qiáng)(MEE)生長(zhǎng)ZnTe ;由于Si和CdTe之間的晶格失配高達(dá)19.3%，容易形成孿晶和島狀三維生長(zhǎng)來(lái)降低界面能。通過(guò)先外延一層合適厚度ZnTe作為Si與CdTe之間的晶格緩沖層可以有效地緩解這一問(wèn)題。ZnTe和Si之間晶格失配為12.3%，和CdTe之間晶格失配為6.2%，且它具有閃鋅礦晶體結(jié)構(gòu)、高的禁帶寬度(與CdTe相比有好的紅外透過(guò)率)，是一種Te基的I1-VI化合物，可以在Si B面生長(zhǎng)。ZnTe通過(guò)減小晶格失配而降低體系能量，并使ZnTe/Si保持一致的晶格取向。這一技術(shù)解決了大失配條件下Si基襯底的外延生長(zhǎng)。除此外ZnTe還可以防止位錯(cuò)延伸到CdTe外延層中去。我們采用MEE方法生長(zhǎng)ZnTe緩沖層，因?yàn)楦鶕?jù)其材料體系，這種工藝有利于促進(jìn)二維層狀生長(zhǎng)、降低缺陷的產(chǎn)生和伴隨三維島狀生長(zhǎng)的增殖。具體工藝如下:1.在As鈍化的襯底表面鈍化一層Te，保持B面生長(zhǎng)；i1. 300°C條件下，交替打開(kāi)Zn源與Te源，源束流值為 5.0E_7Torr，源時(shí)間間隔10s，每20s為一周期，約60周期后停止；ii1.Te束流保護(hù)， 36(TC條件下退火lOmin。使生長(zhǎng)的ZnTe層恢復(fù)單晶狀態(tài),提高晶體質(zhì)量，有效降低位錯(cuò)密度。步驟4，隨后進(jìn)行CdTe緩沖層的生長(zhǎng)；CdTe層生長(zhǎng)工藝如下:1.在ZnTe緩沖層上， 280°C條件下，外延CdTe層。CdTe源束流值 5.0E_7Torr，生長(zhǎng)速度為 0.6 μ m/h ；i1.生長(zhǎng)3小時(shí)后，開(kāi)Te束流保護(hù)， 400°C退火60s ；ii1. 280°C條件下繼續(xù)生長(zhǎng)CdTe層，每I小時(shí)退火一次，退火條件如ii所示?？偵L(zhǎng)15小時(shí)后，可獲得約9 μ m的高質(zhì)量的CdTe復(fù)合襯底材料。步驟5，中波HgCdTe材料的生長(zhǎng)；中波HgCdTe的生長(zhǎng)是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明專利的難點(diǎn)，因?yàn)橛捎贑dTe和HgCdTe表面發(fā)射率的不同和HgCdTe成核過(guò)程的放吸熱反應(yīng)導(dǎo)致基HgCdTe生長(zhǎng)初期表面溫度的巨大變化。而HgCdTe薄膜材料的質(zhì)量對(duì)生長(zhǎng)溫度非常敏感。為了獲得恒定的表面生長(zhǎng)溫度，需要通過(guò)溫度設(shè)定曲線來(lái)補(bǔ)償表面溫度的變化。在生長(zhǎng)最初的I小時(shí)結(jié)束后，襯底表面的溫度不再發(fā)生變化，此后即可進(jìn)行恒定設(shè)定溫度生長(zhǎng)，本層HgCdTe的組分控制在0. 3-0.31之間，厚度控制在4.5 μ m左右；步驟6，短波HgCdTe阻擋層的生長(zhǎng)；短波HgCdTe的組分控制在0.6左右，厚度控制在1.2 μ m左右；由于短波HgCdTe的生長(zhǎng)條件與中波略有不同，我們?cè)谥胁℉gCdTe生長(zhǎng)結(jié)束后關(guān)閉除Hg以外的所有源，升高襯底溫度2度，同時(shí)將CdTe源的源溫調(diào)整到適合短波HgCdTe材料的溫度，約10分鐘待CdTe源溫及襯底溫度穩(wěn)定后繼續(xù)生長(zhǎng)；步驟7，長(zhǎng)波HgCdTe材料的生長(zhǎng)；長(zhǎng)波HgCdTe的組分控制在0.23左右，厚度控制在4.5 μ m左右；由于長(zhǎng)波HgCdTe的生長(zhǎng)條件與短波略有不同，我們?cè)诙滩℉gCdTe生長(zhǎng)結(jié)束后關(guān)閉除Hg以外的所有源，降低襯底溫度4度，同時(shí)將CdTe源的源溫調(diào)整到適合長(zhǎng)波HgCdTe材料的溫度，約10分鐘待CdTe源溫及襯底溫度穩(wěn)定后繼續(xù)生長(zhǎng)。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)較低的成本實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量Si基疊層中/長(zhǎng)波雙色HgCdTe材料的生長(zhǎng)，避免了 CdZnTe襯底所導(dǎo)致的尺寸小、控溫難、成本高、表面質(zhì)量較差等問(wèn)題，并且基于現(xiàn)有器件制備技術(shù)，即可以實(shí)現(xiàn)基于半平面雙注入結(jié)構(gòu)的雙色HgCdTe器件，器件結(jié)構(gòu)如圖5所示。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種硅Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料，其特征在于，所述Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料由下到上依次包括: 晶向?yàn)?11的Si襯底、在所述Si襯底的表面上依次生長(zhǎng)的砷As鈍化層、碲化鋅ZnTe緩沖層、碲化鎘CdTe緩沖層、以及三層不同組份不同厚度的碲鎘汞薄膜層。
2.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，所述三層不同組份不同厚度的碲鎘汞薄膜層具體包括:位于最上層的長(zhǎng)波吸收層、位于中層的短波阻擋層、以及位于下層的中波吸收層。
3.如權(quán)利要求2所述的材料，其特征在于， 所述長(zhǎng)波吸收層為:Hgl-XCdXTe，其中，x=0.23 ； 所述短波阻擋層為:Hgl_xCdxTe，其中，x=0.6 ； 所述中波吸收層為:Hgl_xCdxTe，其中，0.3 < X < 0.31。
4.如權(quán)利要求2或3所述的材料，其特征在于， 所述長(zhǎng)波吸收層的厚度為4.5 μ m ; 所述短波阻擋層的厚度為1.2 μ m ; 所述中波吸收層的厚度為4.5 μ m。
5.一種制備基于半 平面雙注入結(jié)構(gòu)的娃Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色締鎘萊材料的方法,其特征在于，包括: 進(jìn)行外延級(jí)Si襯底清洗，去掉Si襯底的自然氧化層，形成人為氧化層； 對(duì)Si襯底進(jìn)行氧化層去除，并進(jìn)行As鈍化； 采用遷移增強(qiáng)MME的方式生長(zhǎng)ZnTe緩沖層，并隨后進(jìn)行CdTe緩沖層的生長(zhǎng)； 進(jìn)行三層不同組份不同厚度的碲鎘汞薄膜層的生長(zhǎng)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，進(jìn)行外延級(jí)Si襯底清洗，去掉Si襯底的自然氧化層，形成人為氧化層具體包括: 步驟1，將Si襯底依次在三氯乙烯溶液、丙酮、和甲醇里浸泡，隨后在去離子水沖洗，去除有機(jī)物污染物； 步驟2，將水H2O/雙氧水H2O2/氨水NH4OH以5:1:1的比例進(jìn)行混合，將Si襯底浸入其中，最后用去離子水沖洗，去除表面的金屬離子等顆粒雜質(zhì)； 步驟3，用稀釋的氫氟酸溶液進(jìn)行腐蝕，去除Si襯底的表面氧化層； 步驟4，將H2CVH2O2/鹽酸HCl以4:1:1的比例進(jìn)行混合，將Si襯底浸入其中，最后用去離子水沖洗； 步驟5，如果Si襯底表面呈親水性，重新執(zhí)行步驟4的處理，否則，用干燥的氮?dú)釴2吹干Si襯底表面，形成新的表面氧化層。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對(duì)Si襯底進(jìn)行氧化層去除，并進(jìn)行As鈍化具體包括:對(duì)Si襯底進(jìn)行氧化層去除，在氧化層去除后的降溫過(guò)程中向Si襯底的表面噴一層As以飽和Si襯底表面的懸掛鍵。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，采用遷移增強(qiáng)MME的方式生長(zhǎng)ZnTe緩沖層，并隨后進(jìn)行CdTe緩沖層的生長(zhǎng)具體包括: 步驟1，在As鈍化層的襯底表面鈍化一層Te，保持B面生長(zhǎng)； 步驟2，在一定的溫度條件下，交替打開(kāi)Zn源與Te源；步驟3，在一定的溫度條件下進(jìn)行退火，使生長(zhǎng)的ZnTe緩沖層恢復(fù)單晶狀態(tài)； 步驟4，在ZnTe緩沖層上，在一定溫度條件下，外延CdTe緩沖層； 步驟5，CdTe緩沖層生長(zhǎng)一段時(shí)間后，開(kāi)Te束流保護(hù)，并在一定的溫度條件下進(jìn)行退火； 步驟6，在一定的溫度條件下繼續(xù)生長(zhǎng)CdTe層，每隔預(yù)定時(shí)間退火一次，直到預(yù)先設(shè)置的生長(zhǎng)時(shí)間結(jié)束。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，進(jìn)行三層不同組份不同厚度的碲鎘汞薄膜層的生長(zhǎng)具體包括: 通過(guò)溫度設(shè)定曲線來(lái)補(bǔ)償碲鎘汞薄膜層中的中波吸收層表面生長(zhǎng)溫度的變化，獲得恒定的表面生長(zhǎng)溫度，生長(zhǎng)中波吸收層； 在中波吸收層生長(zhǎng)結(jié)束后，關(guān)閉除汞Hg以外的所有源，升高Si襯底溫度，同時(shí)將CdTe源的源溫調(diào)整到適合碲鎘汞薄膜層中的短波阻擋層的溫度，待CdTe源溫及Si襯底溫度穩(wěn)定后繼續(xù)生長(zhǎng)所述短波阻擋層； 在短波阻擋層生長(zhǎng)結(jié)束后，關(guān)閉除Hg以外的所有源，降Si低襯底溫度，同時(shí)將CdTe源的源溫調(diào)整到適合碲鎘汞薄膜層中的長(zhǎng)波吸收層的溫度，待CdTe源溫及Si襯底溫度穩(wěn)定后繼續(xù)生長(zhǎng)長(zhǎng)波吸收層。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于， 在生長(zhǎng)結(jié)束后，獲取的中波吸收層為:Hgl_xCdxTe，其中，0.3 ^ X ^ 0.31，所述長(zhǎng)波吸收層的厚度為4.5μπι; 在生長(zhǎng)結(jié)束后，獲取的短波阻擋層為:Hgl_xCdxTe，其中，x=0.6，所述短波阻擋層的厚度為 1.2 μ m ; 在生長(zhǎng)結(jié)束后，獲取的長(zhǎng)波吸收層為:Hgl-XCdXTe，其中，x=0.23，所述中波吸收層的厚度為4.5 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種Si基中/長(zhǎng)波疊層雙色碲鎘汞材料及其制備方法。該方法包括進(jìn)行外延級(jí)Si襯底清洗，去掉Si襯底的自然氧化層，形成人為氧化層；對(duì)Si襯底進(jìn)行氧化層去除，并進(jìn)行As鈍化；采用遷移增強(qiáng)MME的方式生長(zhǎng)ZnTe緩沖層，并隨后進(jìn)行CdTe緩沖層的生長(zhǎng)；進(jìn)行三層不同組份不同厚度的碲鎘汞薄膜層的生長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK103227217SQ20131012035
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者王經(jīng)緯, 鞏鋒, 王叢, 劉銘, 強(qiáng)宇 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十一研究所