一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法及应用与流程

本发明涉及碲镉汞材料与器件技术，尤其是涉及一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法及应用，可为高性能红外探测器制备工艺提供精确的p型层厚度值。

背景技术：

1、因具有高量子效率、低暗电流以及通过调节组分可实现全红外波段探测等优点，碲镉汞成为当前高性能红外探测器制备的最重要材料。根据吸收层的种类不同，碲镉汞红外探测器可分为n-on-p和p-on-n两种，吸收层分别为p型和n型碲镉汞材料。相同掺杂浓度下，p型材料的少数载流子寿命比n型材料长，因此理论上n-on-p的性能可以比p-on-n更好。然而，p型材料难以实现低浓度掺杂，目前在性能上难以达到吸收层更容易实现低浓度掺杂的p-on-n结构器件的水平。碲镉汞p-on-n也成为未来实现高性能长波、甚长波红外探测器量产的主要技术路线。

2、对于碲镉汞p-on-n器件的制备，准确获得p型层的厚度极为重要，将直接影响对器件工艺的控制水平，尤其是电极孔刻蚀工艺。若p型层厚度测量值比实际偏大，设计工艺参数时采用更大的电极孔深度有可能导致p型层被刻穿，pn结失效；若p型层厚度测量值比实际偏小，设计工艺参数时采用更小的电极孔深度有可能导致电极孔过浅，影响载流子迁移，降低量子效率。目前常采用测量横截面元素分布的方法确定p型层厚度，由于元素掺杂量一般很低，该方法对测试仪器的精度要求较高，若精度不足，容易导致结果误差大；同时，该方法无法得到电学上的p型层厚度，因此测试本身就存在不准确性。

3、目前常采用测量横截面元素分布的方法确定碲镉汞p-on-n结构材料的p型层厚度，然而该方法精度不够高，主要有两点原因：

4、(1)元素掺杂量一般很低，该方法对测试仪器的精度要求较高，若精度不足，容易导致结果误差大；

5、(2)同时，该方法无法得到电学上的p型层厚度，因此测试结果本身就存在不准确性。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述技术问题，提供一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法，该方法的基本构思包括：基于腐蚀过程中厚度、载流子浓度及迁移率的精确测量，通过载流子浓度和迁移率随厚度变化的拐点可确定电学上的p型层厚度。该方法操作简单，测量准确度高，可有效支撑高性能长波、甚长波以及高工作温度碲镉汞红外探测器的研发及批量制备。

2、本发明的技术方案为：

3、一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法，包括以下步骤：

4、(1)汞饱和退火处理：对所制备的p-on-n结构碲镉汞材料进行汞饱和退火处理，实现汞空位的消除；同时选择一片n型陪片，对陪片进行相同条件下的汞饱和退火处理，且该陪片与p-on-n结构碲镉汞材料中的n型材料采用相同的生长条件，截止波长相近；

5、(2)厚度测量：测量p-on-n结构碲镉汞材料和n型陪片的原始厚度，分别记为h0、ha；

6、(3)电学参数测量：清洁材料表面并去除氧化层，测量p-on-n结构碲镉汞材料和n型陪片的载流子浓度、迁移率，分别记为n0、μ0，以及na、μa；

7、(4)化学腐蚀：采用化学腐蚀液腐蚀p-on-n结构碲镉汞材料，除厚度为h，h值可根据具体精度要求调整，优选地为0.2～0.5μm范围；

8、(5)再次电学参数测量：测量剩余材料的厚度，记为h1，并再次测试剩余材料的载流子浓度和迁移率，分别记为n1、μ1；

9、(6)再次化学腐蚀及电学参数测量：不断重复步骤(4)和步骤(5)得到多次腐蚀后p-on-n结构碲镉汞材料的多个剩余厚度h2、h3、…、hi，以及多个载流子浓度n2、n3、…、ni，多个迁移率μ2、μ3、…、μi，其中i≥2，表示腐蚀的次数；

10、(7)绘制关系曲线：绘制ni和μi随腐蚀次数i的变化曲线，在曲线上确定ni和μi都趋于稳定的拐点，同时该拐点位置的载流子浓度和迁移率同n型陪片的载流子浓度(na)和迁移率(μa)相近，记录拐点的腐蚀次数为ip；

11、(8)确定p型层厚度：p型层的厚度为原始材料厚度与拐点厚度之差，即为hp＝h0-hip。

12、根据本发明提供的一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法，所述的碲镉汞p-on-n结构材料可为通过液相外延(lpe)、分子束外延(mbe)、化学气相沉积(cvd)等方法生长的双层材料，也可为对n型材料进行p型离子注入后形成的材料。

13、根据本发明提供的一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法，所述化学腐蚀液采用包含溴单质的有机或无机溶液，通过控制浓度实现腐蚀速率的调整，腐蚀速率为v，v值可根据精度要求和去除厚度h综合考虑后进行设计，优选地为0.05μm/min～0.5μm/min之间。

14、本发明提供的一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法，该方法可实现碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的精确测量，为p型层的制备工艺调整提供依据，实现工艺参数的精确设计；同时可为后续的台面刻蚀、电极孔刻蚀等工艺提供参考，有效设计合适的刻蚀深度。

15、本发明的有益效果：

16、本发明通过逐层测量碲镉汞p-on-n结构材料的载流子浓度和迁移率，确定载流子浓度和迁移率随厚度的变化，基于变化曲线上的拐点精准确定p型层的厚度。该方法操作简单，准确性高，可为后端的器件工艺参数设计提供参考，支撑高性能p-on-n结构红外探测器的批量生产。该方法同时可为碲镉汞p-on-n结构材料制备工艺参数的调整提供参考，为材料质量的优化提供保障。

技术特征：

1.一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法，其特征在于：

3.如权利要求2所述的一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法，其特征在于：

4.如权利要求1所述的一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法，其特征在于：

5.如权利要求1-4任一项所述的一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法，其特征在于：

6.如权利要求5所述的一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法，其特征在于：

7.如权利要求6所述的一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法，其特征在于：

8.如权利要求7所述的一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法，其特征在于：

9.如权利要求1-8任一项所述的一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法的应用，其特征在于：

10.如权利要求1-8任一项所述的一种碲镉汞p-on-n结构材料p型层厚度的测量方法的应用，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种碲镉汞p‑on‑n结构材料p型层厚度的测量方法及应用，该方法通过测量不同厚度下碲镉汞p‑on‑n结构材料的载流子浓度和迁移率，确定载流子浓度和迁移率随厚度的变化曲线，基于变化曲线上载流子浓度和迁移率趋于稳定的拐点精准确定p型层的厚度。该方法操作简单，准确性高，可为后端的器件工艺参数设计提供参考，支撑高性能p‑on‑n结构红外探测器的批量生产。该方法同时可为碲镉汞p‑on‑n结构材料制备工艺参数的调整提供参考，为材料质量的优化提供保障。技术研发人员：起文斌,宋林伟,孔金丞,王文金,邓文斌,宁卓,杨晋,张阳,黄元晋,李达受保护的技术使用者：昆明物理研究所技术研发日：技术公布日：2025/1/6