本發明專利技術公開了一種兩步法消除碲鋅鎘材料中富碲沉淀相缺陷的熱處理方法，該方法先將碲鋅鎘材料放置在富碲狀態下進行熱處理，使富碲沉淀相缺陷中過量的碲原子從樣品中排出，然后再用富鎘熱處理對樣品進行處理，使Cd原子進入液態的富碲沉淀相，利用液態的富碲沉淀相發生過飽和外延的過程減小富碲沉淀相缺陷的尺寸。常規的熱處理方法在減小富碲沉淀相缺陷的尺寸，同時會在沉淀相缺陷的周邊材料中產生大量的失配位錯。與之相比，本發明專利技術方法中由于富碲沉淀相中的碲原子含量在富碲熱處理過程中得到了控制，這一過程將不對周邊材料產生應力和失配位錯。兩步法熱處理技術能有效提高材料的質量，滿足碲鋅鎘材料作為光電器件或襯底材料應用的需求。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種碲鋅鎘材料制造工藝技術，具體涉及一種。
技術介紹
碲鋅鎘材料是一種重要的半導體材料，它既可用做碲鎘汞外延材料的襯底，制備和生產高性能的紅外焦平面探測器，也可直接用于制備和生產感應γ射線的高能射線探測器。紅外焦平面探測器和γ射線探測器在航天遙感、醫療設備、安檢和軍事裝備中具有廣泛的應用。和廣泛應用的Si材料和GaAs材料相比，碲鋅鎘材料的缺陷形成能非常低，熱導率又非常低，生長出的碲鋅鎘晶錠大都為多晶粒材料，并或多或少含有富碲或富鎘沉淀相缺陷，缺陷密度在13?10 5cm_3，尺寸在一般5?30 μ m之間。單晶片材是從大的晶粒中切割出來的，材料中的缺陷需要通過熱處理工藝來進行調整。Vydyanathm，Sent2]和Belas 等人的研宄結果均表明，利用富鎘狀態(與其相平衡的晶體處于富鎘化學計量比的狀態)的熱處理工藝可有效減小富碲沉淀相缺陷的尺寸，但是在我們對碲鋅鎘富碲沉淀相缺陷進行熱處理消除的研宄過程中發現，富鎘熱處理在減小碲鋅鎘材料中富碲沉淀相缺陷的同時，在沉淀相缺陷周圍的材料中會伴隨產生嚴重的位錯增殖效應(見圖1)，從圖中可以看出，經過在熱處理后，富碲沉淀相缺陷顯著減小，但在沉淀相缺陷的周圍出現了大量的位錯，其范圍大致是沉淀相缺陷的5到10倍以上，即熱處理在減小沉淀相缺陷尺寸的同時，位錯增殖區域的出現也給材料質量帶來了新的損害，它會導致材料的少數載流子壽命的減小，最終導致探測器性能的下降。參考文獻:H.R.Vydyanath, J.Ellsworth, J.J.Kennedy, et al.Recipe to minimizeTe precipitat1n in CdTe and(Cd, Zn)Te crystals.Journal of VacuumScience&Technology B，1992，10:1476-1484 S.Sen, C.S.Liang, D.R.Rhiger，et al.Reduct1n of CdZnTe substratedefects and relat1n to epitaxial HgCdTe quality.J.Electron.Mater.1996,25:1188-1195E.Belas, M.Bugar, R.Grill, et al.Reduct1n of inclus1ns in(CdZn)Teand CdTe:1n single crystals by post-growth annealing.J.Electron.Mater.2008,37:1212-1218Everson W J, Ard C K, Sepich J L, et al.Etch pit characterizat1n ofCdTe and CdZnTe substrates for use in Mercury Cadmium Telluride epitaxy.Journal of Electronic Materials, 1995，24(5):505-510 J.H.GREENBERG, V.N.GUSKOV, M.FIEDERLE, et.al., ExperimentalStudy of Non-Stoich1metry in Cd1_xZnxTe1_δ, Journal of ELECTRONICMATERIALS, 33(6)，2004:719—723
技術實現思路
針對富鎘熱處理對富碲沉淀相缺陷周邊材料產生位錯的問題，本專利技術提出了一種對富碲材料分兩步進行熱處理的方法，解決了富碲材料在減小沉淀相缺陷尺寸的同時產生位錯增值的問題，從而更加有效地提升富碲材料的質量。本方法先用富碲狀態對富碲碲鋅鎘材料進行熱處理，將富碲沉淀相中過量的Te原子從材料中排除出去，然后再使用富鎘狀態對材料進行熱處理，使富碲相缺陷在Cd分壓的作用下進入過飽和狀態，進而在材料內壁(缺陷區域的外側)發生外延，以達到既減小沉淀相缺陷尺寸又不產生位錯增值的目的。本專利技術提供了以下技術方案:1.富碲熱處理工藝研宄表明，在富鎘狀態下，Cd原子的進入將使得富碲沉淀相缺陷在高溫下形成的富碲液相處于過飽和狀態，進而在材料內壁上實現外延，使缺陷區域的尺寸減小。由于富碲沉淀相含有的Te原子數量一般都大于相同體積正常晶體材料中的Te原子數量，隨著Cd原子的不斷進入，富碲相將充滿所有自由空間，但此時仍存在過量的Te原子，因Te原子和Cd原子的結合能非常大，反應會持續下去，缺陷區域的體積將超過自由空間的體積，從而導致缺陷區域產生內應力，缺陷周邊材料也將受到內應力的作用，結果造成缺陷周邊材料中位錯的增值。因此，要避免富鎘熱處理在富碲沉淀相缺陷周圍產生位錯增值，就必須先將富碲沉淀相缺陷中過量的碲原子從材料中排除出去。熱處理工藝為材料中的原子提供了一個能夠發生運動的高溫環境。在高溫下，富碲材料中的富碲沉淀相將使得材料處于富碲狀態，即材料的化學計量比處于富碲狀態，其對應的平衡蒸氣壓所對應的氣相環境為富碲狀態(Te2分壓較高，Cd分壓較低)，如果這時熱處理工藝提供的Te2分壓低于材料的平衡蒸氣壓，材料中的Te原子將向氣相擴散，同時熱處理系統的Cd分壓與材料化學計量比對應的平衡蒸氣壓的差異也將引起Cd原子做相應的運動。由于Cd原子的擴散系數元大于Te原子，熱處理提供的Cd分壓不能過高，否則Cd原子將很快進入碲鋅鎘材料中的富碲沉淀相(此時為液相)，并使其過飽和而發生外延，過高的Cd壓同時會使得碲鋅鎘的表層很快轉入富鎘狀態，使其Te原子的平衡蒸氣壓大幅度降低，進而阻礙材料中Te原子向氣相擴散。由此可見，為了消除富碲沉淀相缺陷中過量的Te原子，需為富碲材料提供一個較低的氣相Cd分壓，低的Cd分壓將落在碲鋅鎘材料分壓相圖的富碲區域，即所謂的富碲熱處理。GREENBERG給出了碲鋅鎘材料處于富鎘或富碲狀態的相圖，處于正化學計量比的碲鋅鎘材料所對應的Cd分壓Ped與材料溫度T的關系為，log Pcd (atm) =-12.255+0.01187T (°C ) (I) Cd 分壓與 Cd 源溫度 Tcd的關系則為，log Pcd(atm) = -5317/Tcd(K)+5.119, T>594K (2)富碲熱處理的Cd溫度一般選擇在明顯小于正化學計量比所對應的Cd源溫度，此時氣相所對應的平衡1^2分壓較高，這對排除富碲材料中過量的Te原子是不利的。然而，在實際的富碲熱處理工藝中，系統不提供較高的Te2分壓，熱處理的氣相環境與碲鋅鎘固相之間實際上處于一種不能平衡的非平衡狀態。為了減緩這種非平衡狀態對材料表層晶體結構的破壞，熱處理系統中可放置一定數量的粉末，利用粉末中蒸發出來的Te原子為熱處理系統提供一個較低的Te2分壓。在此條件下，富碲材料中的過量Te原子將有效地向外擴散，同時，Cd原子的進入又不足以在缺陷區域造成過飽和外延和形成應力。從材料中排出的Te原子數量與熱處理溫度成正相關性，與Cd源溫度成負相關性，通過選擇合適的熱處理條件，可將富碲沉淀相中的Te原子數量控制到略接近等量空間碲鋅鎘晶體中Te原子的數量。如果富碲沉淀相中的Te原子數量被過量排出，在經過下一步富鎘熱處理工藝后，沉淀相區域將留下較大本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種兩步法消除碲鋅鎘材料中富碲沉淀相缺陷的熱處理方法，其特征在于包括以下步驟：1)先將碲鋅鎘材料在富碲狀態下進行熱處理，將富碲沉淀相缺陷中過量的碲原子排出樣品；熱處理溫度在550℃到900℃之間，Cd源溫度的設置使樣品處于富碲的狀態，熱處理時間的選擇與被處理材料中富碲沉淀相缺陷的尺寸和樣品厚度有關；2)再用富鎘熱處理工藝對樣品進行熱處理，使Cd原子進入液態的富碲沉淀相，利用液態的富碲沉淀相發生過飽和外延的過程減小富碲沉淀相缺陷的尺寸，并做到熱處理過程中不對周邊材料產生應力和失配位錯；樣品溫度控制在550℃到900℃之間，Cd源溫度設置在使樣品處于富鎘狀態，熱處理時間的選擇與被處理材料中富碲沉淀相缺陷的尺寸和樣品厚度有關；3)熱處理采用一種Te分壓欠平衡狀態受控的熱處理技術，以減小熱處理過程中氣相非平衡狀態對材料表面層晶體結構的破壞；熱處理的狀態由Cd源提供的Cd分壓控制，同時在樣品區放置粉末，通過控制Cd源溫度和粉末的數量，使熱處理的氣相維持一定的Te分壓，以減緩熱處理工藝中材料中Te原子處于非平衡狀態的程度。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊建榮，徐超，盛鋒鋒，孫士文，
申請(專利權)人：中國科學院上海技術物理研究所，
類型：發明
國別省市：上海;31
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