[发明专利]具有一维纳米阵列结构的碲镉汞薄膜的制备方法

说明书

本发明属于红外薄膜制备技术，涉及具有一维纳米阵列结构的碲镉汞薄膜制备方法的改进。制备的步骤如下：放置靶材；放置单晶硅基板；调节样品台位置；调节真空室真空度；调节基板温度；调节真空室氩气压强；施加射频功率；溅射沉积碲镉汞薄膜；退火处理。本发明能够形成具有纳米线/棒微观结构的红外薄膜，提高了HgCdTe红外探测薄膜的量子效率，从而提高了HgCdTe材料红外探测的性能；同时，利用双靶溅射能够提高溅射过程中对三元化合物成分的控制能力，缩小了碲镉汞薄膜与靶材成分的固有比例的偏离，保证了HgCdTe红外探测材料的探测性能。

技术领域

本发明属于红外薄膜制备技术，涉及具有一维纳米阵列结构的碲镉汞薄膜制备方法的改进。

背景技术

低温红外探测使用的主要材料有两大类型，一类为利用本征能带跃迁的窄带隙半导体，如碲镉汞(HgCdTe)，另一类为利用子带间或次能带跃迁的II–VI族和III–V族半导体异质结，如GaAs/AlGaAs量子阱、InAs/GaInSb的II型超晶格、CdTe/CdSe量子线和InGaAs/GaAs量子点。其中，HgCdTe即Hg1-x CdxTe混晶材料因其优异的特性已成功运用于多型号军用侦查卫星，多系列空空导弹引导头，成为了最理想的红外探测材料之一。20世纪末，人们提出发展大规模、多色探测和数字化的第三代红外焦平面探测器，其更高的目标探测、识别能力成为高性能碲镉汞红外焦平面技术发展的核心驱动力。根据红外探测材料的基本理论，目前提升HgCdTe材料体系红外性能的研究主要集中在材料的制备工艺上(Chen L,Fu XL,Wang W Q et al.Sci Sin-Phys Mech Astron,2014,44:341–349.)：一方面，针对提高空间分辨率和低成本应用的需求，利用新型衬底(如Si,Ge,GaAs等)外延材料替代传统的ZnCdTe以增大HgCdTe沉积的芯片面积；另一方面，针对长波和多光谱集成探测需求，开展的原位掺杂异质结技术和工艺实现方法研究；最后，针对提高探测分辨率，开展的低位错ZnCdTe基碲镉汞分子束外延研究。然而，上述研究由于本身制备方法的复杂性如分子束外延(MBE)、有机气相沉积(MOCVD)和脉冲激光沉积(PLD)等，同时限于微米尺度材料固有的电子性质，目前还未实现HgCdTe材料红外性能取得大的突破(Martyniuk P,Antoszewski J,Martyniuk M et al.Applied Physics Reviews,2014,1:041102.)。为了使HgCdTe材料红外探测性能取得更大的突破，如果能将材料制备成为高质量的一维纳米阵列结构(量子线的有序排布)，这将大幅提升材料的量子效率，降低载流子复合而获得更高的器件探测率和工作温度(低的暗电流)，同时，直接将单个纳米线/棒光电材料作为探测单元，以实现高度集成的扫描阵列，这将大幅降低器件尺寸，这些将有望满足对HgCdTe红外材料性能提出的新需求。

发明内容

本发明的目的是：提出具有一维纳米阵列结构的碲镉汞薄膜制备的方法，以便形成具有纳米线/棒微观结构的红外薄膜，提高HgCdTe红外探测薄膜的量子效率，从而提高HgCdTe材料红外探测的性能；同时，利用双靶溅射能够提高溅射过程中对三元化合物成分的控制能力，缩小碲镉汞薄膜与靶材成分的固有比例的偏离，保证HgCdTe红外探测材料的探测性能。

本发明的技术方案是：具有一维纳米阵列结构的碲镉汞薄膜的制备方法，采用磁控溅射仪制备具有一维纳米阵列结构的碲镉汞薄膜，其特征在于，制备的步骤如下：

1、放置靶材：将碲化镉靶材放入磁控溅射仪的真空室7中的第1射频台1上，将靶材放入磁控溅射仪的真空室7中的第2射频台12上；碲化镉和碲化汞靶材的纯度必须在99.999％以上；

2、放置单晶硅基板：首先清洗单晶硅基板，将单晶硅基板放置于烧杯中用丙酮浸没，超声清洗至少5min；取出单晶硅基板放置于另一个烧杯中用酒精浸没，超声清洗至少5min；取出单晶硅基板放置于另一个烧杯中用去离子水浸没，超声清洗至少5min；取出单晶硅基板用去离子水冲洗至少30s，烘干，然后把单晶硅基板放置于样品台2上；