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砷注入碲镉汞的激光退火

砷注入碲镉汞的激光退火

  砷注入碲镉汞的激光退火张燕李向阳气姜润清孙喻明方家熊21.山东大1剪外遥感研究室。山东济南256 1传感器国家重点实验室中国科学院上海技术物理研究所。上海283进行激光退火实验,分析注入退火引起的样品电学性质的变化,认为激光遐火能够消除福射损伤,并激活注入杂质。同时对电导率迁移率谱这验方法也做了较详细的说明。

  1引言碲镉汞是种赝元系合金半导体材料,其禁带宽度随组分的变化而连续可调。我们可以根据需要设计出对应不同响应波长的探测器;而且硫铜亲是直接带隙材料,迁移率高,介屯常数相对较小,这些物理特性和应用潜力竹遍受到人们的重视光伏型红外探测器有1!

  少子扩散长度和少子寿命上的优势,发展较早,工艺较成熟。但近来的研究明,型有更高的1积,在长波探测方面能提供更高的性能。因此在近几年里受到特,吼视打到快速发展。离子注入和退火是决定0结性能白勺关键环,对于,铜纫0,型光电极管的工艺及,论分析的研允,要求我们付材料的离,注入和退火效应作进步的探传统的热退火技米总是把注入层和衬底同时置于高温环境中处即。,致使村料的电学性质发生不必要畸变,面引入新的玷污等。与此相比,激光退火可以在短时间内完成退火过程,避免了热退火的副作用,使衬底材料的少数载流子寿命等参数不受影响;而且,激光退火还能够充分消除辐射损伤,对注入离子的电激活率也比热退火高目前寸硅等半导体材料的激光退火研究己经取得了很大进展,但由于汞的不稳定性,对硫镉汞注入样品还是以传统的热退火为主,因此,打必要对激光退火进1研允。我们迎过不同条件下的退火分拆了解不同退火方式及退火组合的退火效果,以便制成性能良好的碲镉汞以这正是我们研允的的2迁移率谱分析方法我们采用迁移率谱分析方法1对离子注入后的碲镉汞样品面的电学性质进行分析比较。这种方法将面注入层的电子迁移率与体内电子撄移率分开能够对分层导电的介质中不同撄移率的载流子构成予以研究,它采用易行且可靠。

  考虑理想情况,单载流子导电,面为球形费米面,能量对为抛物线型,此时电导率张试为lwr其中,为屯导率张量,为迁移率,丹为磁场强度,为载流子密度,9为电荷密度。

  事实上,更经常遇到的是多数载流子导电发生5也,广振荡时。由经典统计的,171.1方程得到电导率张说不为之间载流子对电导率的片献。

  从上式中可以看出包含了与低磁场强度丹相关的电导率的所有可能的信息因此只要确定奴,便可以得到电子传输性质的系列描述。但由于况个磁场下,测量,得到的数据点存在于个2维的线性空间化不是唯的。故,以等人提出了撄移率谱分析方法,使用包络以来代替奴叫通过分析包络极值点系列的倍总,15可山实验确记其达式为其中,搡为矩阵的特征张量组成的正交矩阵。

  下面进行简单说明。假定在原有以基础上加入个撄移率为的载流子,撄移率为。邮,则1含而且同时,足心和的变化规汴。当不断增大,使,和,不存在物蔌。意义,得到临界处的51.此值即构成包络以,测量误。带来的不确定性。心要具体分析。

  由于磁场与迁移率互为对偶空间,因而有限区间内的磁场测量值所得到的撄移率也有定的有效迁移率范围。让移率的测量精度与之成正比,也就是说,高磁场与低迁移率对应,此时的测量精度相对也高些;同时,磁场越强,分辨低让移率载流子构成的能力越强= 3实验选用移动加热器法生长的碲镉汞体单晶,组分为,之斗之么低温门了幻电子浓度为了!因为注入和退火的效果只作用于精抛到32.注使州木产的,3,200型离子注入机。注入束流密度控制在0.1以2以下,在这样的束流条件下,注入过程中的发热现象不会对材料性能带来影祝以知的注入离,能量进斤砷离子注入注剂量为使用多梭脉冲0激光器进行退火。激光经过衰减扩束之后退火实验框能量控制在材料的第经过两个脉冲的照射,激光光斑经扩束后直径约20,中心直径15,之内,可以近似认为光七是均匀的扩,镜分光铳I.

  样品能查计4实验结果及分析为分析注入退火对样品的影响,对样品进行电学性质的测量,并对测量结果进行分析。

  有关电学性质,主要利用前面所述的迁移率谱分析方法,进行低温了=77变磁场的霍尔系数测量,得到系列电导率迁移率谱和载流子浓役搦,率谱。便十观给比。我们将样品在注入前。注入后。沿火1不1情况的测量结果在同张上用不同曲线出来,其峰位的排按从左到的次序命名为峰峰这种情况。我们看到,心条曲线的形红外技术从实验结果上看,退火效果不太明显。这可能是由于同时存在几个作用相反的过程1由于汞原子受到激光照射之后,很容易脱离晶峰3的位置不变,但对应不同情况,其大小状大体相同,各有个峰;同峰的形状也相近。出现多个峰位明,虽然样品为体单晶,但由于面影响及其它原因,样品中存在多种载流子成分。由于峰3与层载流子有关,而层正是我们感兴趣的地方,因此,我们着重分析峰3的变化情况。先看下峰1的情况。对应高迁移率载流子的峰与体内栽流子有关。体内缺陷少,故撄移率高,这部分载流子的峰位与峰值,在种不同情况下,都变化不大。这是因为。不管砷离子注。还是激光退火,都没肓付样品的内部产货响。这与8,等人的结果致。其中的微小变化,我们认为是由测量误差引起的。

  发生显著变化。砷离子注入之后与注入之前相比,电导率增大,载流子浓度增大。这是由于注入砷离子的作用以及注入过程带来的损伤,层中形成非常高的载流子浓度,虽然这部分载流子的迁移率低似由户浓度很大对屯导的页献报可观正是由尸农面聚集了这样人高浓度低迁移率的载流子,使这部分的电导率增加,现为电导率上峰3的大幅度上升。这明离子注入造成的影响仅涉及到层,而对材料体内结构没有大的影响。

  样品在经过脉冲激光退火之后,电导率有下降的趋势。层电导率峰值下降,明部分砷离子被激活,晶格损伤也在定程度上有所恢蔓。栽流户浓坟随让,率的变化上,也可以看到退火的效果,载流子浓度峰值下降。

  为了验证实骀测遣的准确秤役。我们付样品2退火后的霍尔系数测量进行了重复实验,其电导率迁移率曲线4.在测量得到曲线3几天之后接连进行了两次测量,分别得到曲线1这条曲线在峰1和峰3处重合得都很好,峰位和峰值趋势相同,只在峰2位置稍有移动。可,测量的重复性还是比较好的,准确度也比较高。这也证明了利用变磁场霍尔测量进行电学性质的分析是可靠的。

  格位置,逃逸出来,或者成为填隙原子;2由尹缺陷的存在,使蹄原子跑出晶格,悬挂在位错或亚晶界这两点都会造成载流浓度的,加3激光退火激活注入的离子。进入晶格结构。使载流子浓度减少4激光退火实骑是在空气中进行的,可能会带来某些不确定的变化。另外,所用激光能量可能还不够理想,有关激光能量与退火效果的关系。我们将在3;外篇文章介绍,5结论通过激光退火对砷注入碲镉汞样品电学性质的作用,分析电导率及载流子浓度的变化,认为选择合适的脉冲激光能量脉冲数量,可以使激光迟火在定程投上消除辐射损伤,激活注离6起到热退火的作用。

  1离子注入原理和技术。北京辐射中心北京师范大学。低能核物理研宄所离子注入研宄室。北京大学出版社。122李向阳。山东大学博士论文。碲镉汞,型光伏列阵器件的研究19 4胡燮荣。吴晓光。胡之涵等。人脉冲激光作用下碲镅的损伤,上海第十届全国红外科学技术交流会论文集1996108

砷注入碲镉汞的激光退火 2018-01-30 本文被阅读 223 次
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