[发明专利]碲镉汞富碲液相外延金原位掺杂分凝系数测定方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及高性能长波碲镉汞红外探测器材料领域，特别涉及一种碲镉汞富碲液相外延金原位掺杂分凝系数的测定方法及装置。

背景技术

传统的n-on-p型HgCdTe红外焦平面探测器的光吸收层采用p型Hg空位掺杂的HgCdTe材料。Hg空位除了提供p型导电的空穴以外，而且还作为点缺陷在HgCdTe材料中引入深能级，作为SRH复合中心，通过SRH复合作用使材料的低温少子寿命大大降低，导致器件量子效率降低。因此，为改进红外探测器件的灵敏度，近年来人们把研究重点转向了外来杂质的掺杂，代替Hg空位形成的P型Hg_1-xCd_xTe材料，以提高少子寿命为目的p型掺杂技术的研究成为碲镉汞材料研究的热点之一。

对于固相-液相的界面，由于杂质在不同相中的溶解度不一样，所以杂质在界面两边材料中分布的浓度是不同的，这就是所谓杂质的分凝现象，一般用分凝系数来描述，分凝系数＝(杂质在固相中的溶解度)/(杂质在液相中的溶解度)。

如何准确获得杂质的分凝系数是控制原位掺杂的关键参数之一，直接关系到如何精确控制掺杂浓度。Au在HgCdTe富碲液相外延工艺中的分凝系数的实际数值以及测试方法国内外没有公开报道文献，因此获得Au在HgCdTe富碲液相外延工艺中的分凝系数是实现Au原位掺杂的关键参数之一。

由于器件结构中碲镉汞薄膜材料的p型掺杂杂质浓度一般在10¹⁵～10¹⁶cm^-3之间，考虑到激活率的问题，Au在HgCdTe薄膜材料中的掺杂浓度会略高于这个浓度，采用浓度测试的常规方法二次离子质谱仪(SIMS)、能谱仪(EDX)、霍尔测试(Hall)等均没法准确获得材料中实际的浓度，因此如何准确测试表征出Au在碲镉汞中的实际含量是原位掺杂的关键工艺。

发明内容

为了解决现有技术中不能用于碲镉汞富碲液相外延金原位掺杂分凝系数测定的问题，本发明提供了一种碲镉汞富碲液相外延金原位掺杂分凝系数的测定方法及装置，能够保证测试结果的高度准确。

本发明提供一种碲镉汞富碲液相外延金原位掺杂分凝系数的测定方法，包括以下步骤：

根据金Au在碲镉汞HgCdTe中的预设分凝系数得到单位体积Au-HgCdTe母液中Au的含量M3；根据Au-HgCdTe薄膜中规定的Cd的组分及HgCdTe的相图分别得到Au-HgCdTe母液中Hg、Cd、Te的称取质量M_Hg、M_Cd及M_Te；计算Au-HgCdTe母液的密度ρ和Au-HgCdTe母液的体积V；根据所述M3和所述V计算Au-HgCdTe母液中Au的称取质量M_Au；

根据所述M_Au、M_Hg、M_Cd及M_Te分别称量Au、Hg、Cd、Te后进行合成得到Au-HgCdTe母液；

将所述Au-HgCdTe母液在CdZnTe衬底上液相外延形成Au-HgCdTe薄膜，所述CdZnTe衬底和Au-HgCdTe薄膜共同构成外延材料；

去除所述外延材料中的CdZnTe衬底，得到质量为M1的Au-HgCdTe薄膜；

对所述Au-HgCdTe薄膜进行浓度检测，得到所述Au-HgCdTe薄膜中的Au的浓度，并根据所述浓度和所述Au-HgCdTe薄膜的质量M1计算单位质量Au-HgCdTe薄膜中Au的含量M2，根据所述Au-HgCdTe母液的密度ρ和所述M2，得到所述单位体积Au-HgCdTe薄膜中Au的含量M4；

根据所述M3和M4计算碲镉汞富碲液相外延金原位掺杂分凝系数K。

本发明还提供了一种碲镉汞富碲液相外延金原位掺杂分凝系数的测定装置，包括计算模块、母液模块、液相外延模块、浓度测试模块、分凝系数模块：

所述计算模块，用于根据金Au在碲镉汞HgCdTe中的预设分凝系数得到单位体积Au-HgCdTe母液中Au的含量M3；根据Au-HgCdTe薄膜中规定的Cd的组分及HgCdTe的相图分别得到Au-HgCdTe母液中Hg、Cd、Te的称取质量M_Hg、M_Cd及M_Te；计算Au-HgCdTe母液的密度ρ和Au-HgCdTe母液的体积V；根据所述M3和所述V计算Au-HgCdTe母液中Au的称取质量M_Au；