碲镉汞光伏探测器机理研究.pdf

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第期‘红外月刊
碲镉***光伏探测器机理研究
张燕方家熊
中国科学院上海技术物理研究所,上海,
碲镉***可以制成光伏型器件和光导型器杂质缺陷行为
件。光导器件结构较简单,易于制造,但功耗杂质指晶体组成中的外来元素。它分为两
大,响应速度较慢,为第一代红外探测器件。类:并非特意掺杂、浓度很低的外来杂质,主要
目前,我所实用的长波光子探测器就是光导型是在工艺过程中不经意的掺入;另一类是在制
的。光伏器件较之光导器件功耗小,响应快。光造过程中,有意掺入的某些杂质,通过有意掺
伏型碲镉***器件分为—型和——型两杂,可以有效地改善材料或器件的电学性质或
种。对长波波段,两者相比,后者比前者有较大光学性质。如,在制造型碲镉***时掺入,
的,但由于注入损伤为型,而且浅结时光又如,通过离子注入硼离子制造结。
电流的输出主要靠衬底, 型时少子扩散长度缺陷指晶体中原子排列的不规则性,按照
大,工艺也较简单,因而光伏器件以—型几何形状的特点,分为点缺陷线缺陷和面缺
为多,已经制成~ 、—的陷。原子尺度上的点缺陷与杂质的作用相当,
结光电二极管。除非特别指明,以下我们提到空位、间隙原子、杂质原子都属于点缺陷。缺陷
的光伏器件就是指—呻型。工艺上,在晶体和杂质相互作用,还可以形成复合缺陷结构。
生长中掺锑制造弱型衬底,锑为五族元素, 在碲镉***中,由于***原子不稳定,通过热振动
在晶格中占据碲空位,并提供一个空穴在很容易离开平衡位置从晶格中脱离出来,形
型衬底上进行硼离子注入生成—结。通过成***空位缺陷和***填隙原子。
严格控制工艺过程,已经得到性能较好的光伏杂质原子在半导体中的分布有一定的规
器件。掺生长的型衬底与空穴类型的型律。由于在碲镉***中杂质原子既可以替代金属
衬底相比,其优点在于: 分凝系数小,利用原子占据晶格位置,又可以替代原子,还可
杂质分凝效应可获得浓度均匀的材料;避免高以位于晶格间隙中,情况较为复杂。已经证实,
温处理;减少与***空位和其它缺陷相关的深能、等族元素原子占据金属空位, 等
级,提高少子寿命。族元素原子占据空位,作为施主杂质;
、等族和族元素则是受主杂质
杂质和缺陷研究杂质在晶体中大都是电活性的。某些不是电活
性的杂质也要在禁带中引入能级,从而大大降
半导体中的杂质和缺陷是影响半导体物理低少子寿命。也就是说,杂质对材料的影响是
参数的重要因素,决定了半导体器件性能的优不可避免的。
劣。通过对光伏器件中的杂质和缺陷进行研究, 在工艺方面,光伏器件的制造较多使用离
了解杂质在结的形成、型层性质以及器件子注入技术,注入的离子就是作为有意掺入的
性能等方面的作用。对材料、器件包括光伏器杂质而存在的。通过离子注入,一方面使注入
件的杂质研究,应该是统一的。下面首先介绍离子在样品表面形成一定的浓度分布,另一方
级博士研究生
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《红外》月刊薤
面,由于注入离子与靶材料之间的能量交换, 探测器,当探测波长相隔较小时,就可能会有
形成能量淀积的注入损伤分布。通常,浓度分较大的重叠,从而降低器件的性能。
布与损伤分布并不重合,浓度分布更深一些。其次,杂质的存在,作为一种重要的散射
当初曾经考虑利用杂质和缺陷的不同分布,判机构,不管是电离杂