碲鎘汞薄膜材料表面氧化膜層的處理工藝的製作方法
2023-05-28 23:57:46 1
專利名稱：碲鎘汞薄膜材料表面氧化膜層的處理工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及碲鎘汞薄膜材料表面氧化膜層的處理工藝，具體涉及採用金屬有機物化學汽相澱積方法，以及分子束外延方法生長的碲鎘汞薄膜材料表面氧化膜層的處理工藝，該工藝主要用於紅外材料和紅外探測器等光電子領域。
背景技術：
由於碲鎘汞薄膜材料具有優越的光學、磁學、電學等性質，因而被廣泛地應用於光電器件中，尤其是應用於高性能紅外成像系統的紅外探測器陣列。而碲鎘汞光伏探測器陣列是紅外焦平面器件的核心，因此，如何有效地製備出滿足高性能紅外探測器要求的晶體表面，一直是研究人員多年探索的課題。在碲鎘汞紅外探測器的製造工藝中，要求對這種窄帶隙半導體材料的表面加以嚴格控制，使表面具有均勻的化學配比、無晶體缺陷、極少的表面氧化和其他表面沾汙。由於碲鎘汞為三元合金材料，在表面處理工藝中很容易導致化學配比不均勻的表面，如出現化學偏析和鎘不足，也容易使表面產生氧化膜層和缺陷，最終很難獲得化學配比均勻且無氧化的光潔表面。在以絕緣或半絕緣介質作為鈍化層的鈍化工藝中，碲鎘汞的表面氧化層不僅影響界面特性，而且直接影響到鈍化層的介質特性，最終影響探測器陣列的光電性能、成品率、可靠性。目前通常採用溴和甲醇溶液進行表面處理，但容易使表面產生「桔皮」問題。同時，甲醇對人的眼睛損害較大，長期接觸將導致眼睛失明。為此，研究人員多年來一直尋找能有效地製備出滿足高性能紅外探測器要求的表面處理方法。人們對不同的碲鎘汞表面處理方法進行了探索和研究(Y.Nemirovsky，et.，J.Vac.Sci.Technol.，1989，A7(2)，450-459；J.P.Ziegler，et.，1989，A7(2)，469-473；Hao-xin Yuan，et.，Opt.Eng.，1993，32(3)，365-371)，但仍未找到一種較為理想的處理方法。
發明內容
本發明所要解決的問題是提供一種碲鎘汞薄膜材料的表面氧化膜層處理工藝，用此方法，使經處理的碲鎘汞薄膜材料不僅具有均勻的化學配比、光潔、無晶體缺陷的表面，而且具有氧化物極少甚至無氧化物的碲鎘汞表面，對提高碲鎘汞光伏探測器陣列的光電性能、成品率、可靠性非常有利，整個工藝過程簡單，操作方便，實用性強。
碲鎘汞薄膜材料表面氧化膜層的處理工藝，包括對碲鎘汞薄膜材料進行清洗處理；腐蝕處理和表面處理；其特徵在於A、先對碲鎘汞薄膜材料進行清洗處理a、在丙酮溶液中浸泡2～3分鐘；b、在無水乙醇中浸泡1～2分鐘；c、在室溫下的去離子水中清洗1～2分鐘；d、用高純氮氣(99％)吹乾。
B、再對碲鎘汞薄膜材料進行腐蝕處理a、將吹乾的碲鎘汞薄膜材料用溴和無水乙醇溶液腐蝕，溴和無水乙醇溶液的體積比為(0.005～0.05)∶1，腐蝕時間為10～60秒，並在腐蝕過程中不停地搖晃碲鎘汞薄膜材料；b、在無水乙醇中清洗1～2分鐘。
C、最後對碲鎘汞薄膜材料進行表面處理a、將碲鎘汞薄膜材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的體積比為(0.03～0.1)∶1，在溶液中浸泡1～2分鐘；b、隨後將碲鎘汞薄膜材料用無水乙醇清洗1～2分鐘；c、再用去離子水清洗洗1～2分鐘；d、最後用高純氮氣吹乾。
應用本發明碲鎘汞薄膜材料表面氧化膜層的處理工藝，通過表面處理減少或去除碲鎘汞表面的氧化物，可大大提高碲鎘汞光伏探測器陣列的光電性能、成品率和可靠性。特別是對改善和提高碲鎘汞表面鈍化的質量和效果，將起關鍵的作用。整個工藝過程簡單，操作方便，重複性好，實用性強，對人體基本無傷害，可廣泛用於碲鎘汞材料表面的製備和碲鎘汞光電器件的製造。
圖1是本發明處理的碲鎘汞薄膜材料表面所採集的碲(Te3d)的光電子能譜；圖2是本發明處理的碲鎘汞薄膜材料表面所採集的鎘(Cd3d)的光電子能譜；圖3是本發明處理的碲鎘汞薄膜材料表面所採集的汞(Hg4f)的光電子能譜；圖4是本發明處理的碲鎘汞薄膜材料表面所採集的氧(O1s)的光電子能譜；圖5是本發明處理的碲鎘汞薄膜材料表面的電子通道花樣。
圖1中的Te3d5/2僅有一個單峰，表明表面幾乎無氧化狀態的碲出現。對圖中的Cd3d和Hg4f譜進行分析得出，由於Hg和Cd的化學位移極小，說明HgCdTe表面含Hg和Cd的氧化物較少。為了確定表面的化學成分，用高斯型曲線對O1s進行擬合，O1s高斯型擬合曲線僅有一個單一的峰位存在，擬合曲線與實驗曲線完全重合，峰位的結合能為532.6eV，它對應於表面上的物理吸附氧(如氫-氧或碳-氧團族)表明，在探測極限範圍內，碲鎘汞薄膜材料的表面無氧化物存在。從圖5可以看出處理後的電子通道花樣比處理前的襯度明顯提高，高次線的數目也明顯增多。這是因為處理後HgCdTe表面的氧化物得以減少和去除，從而使HgCdTe表面形貌得以改善。
具體實施例方式
以下實施例所選用的碲鎘汞(Hg1-xCdxTe)薄膜材料，是在碲鋅鎘(CdZnTe)襯底上通過分子束外延方法生長的薄膜材料，材料的化學配比為x＝0.208mol。
實施例1A、先在丙酮溶液中浸泡2～3分鐘，再放入無水乙醇中浸泡1～2分鐘，隨後在室溫下的去離子水中清洗1～2分鐘，用高純氮氣吹乾；B、將吹乾的碲鎘汞薄膜材料用溴和無水乙醇溶液腐蝕，溴和無水乙醇溶液的體積比為0.005∶1，腐蝕時間為60秒，並在腐蝕過程中不停地搖晃碲鎘汞薄膜材料；然後放在無水乙醇中清洗1～2分鐘；C、立即將碲鎘汞薄膜材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的體積比為0.03∶1，在溶液中浸泡2分鐘，隨後將碲鎘汞薄膜材料用無水乙醇清洗1～2分鐘，再用去離子水清洗1～2分鐘，最後用高純氮氣吹乾。
實施例2A、先在丙酮溶液中浸泡2～3分鐘，再放入無水乙醇中浸泡1～2分鐘，隨後在室溫下的去離子水中清洗1～2分鐘，用高純氮氣吹乾；B、將吹乾的碲鎘汞薄膜材料用溴和無水乙醇溶液腐蝕，溴和無水乙醇溶液的體積比為0.007∶1，腐蝕時間為50秒，並在腐蝕過程中不停地搖晃碲鎘汞薄膜材料；然後放在無水乙醇中清洗1～2分鐘；C、立即將碲鎘汞薄膜材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的體積比為0.05∶1，在溶液中浸泡90秒鐘，隨後將碲鎘汞薄膜材料用無水乙醇清洗1～2分鐘，再用去離子水清洗1～2分鐘，最後用高純氮氣吹乾。
實施例3A、先在丙酮溶液中浸泡2～3分鐘，再放入無水乙醇中浸泡1～2分鐘，隨後在室溫下的去離子水中清洗1～2分鐘，用高純氮氣吹乾；B、將吹乾的碲鎘汞薄膜材料用溴和無水乙醇溶液腐蝕，溴和無水乙醇溶液的體積比為0.01∶1，腐蝕時間為30秒，並在腐蝕過程中不停地搖晃碲鎘汞薄膜材料；然後放在無水乙醇中清洗1～2分鐘；
C、立即將碲鎘汞薄膜材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的體積比為0.08∶1，在溶液中浸泡70秒鐘，隨後將碲鎘汞薄膜材料用無水乙醇清洗1～2分鐘，再用去離子水清洗1～2分鐘，最後用高純氮氣吹乾。
實施例4A、先在丙酮溶液中浸泡2～3分鐘，再放入無水乙醇中浸泡1～2分鐘，隨後在室溫下的去離子水中清洗1～2分鐘，用高純氮氣吹乾；B、將吹乾的碲鎘汞薄膜材料用溴和無水乙醇溶液腐蝕，溴和無水乙醇溶液的體積比為0.03∶1，腐蝕時間為30秒，並在腐蝕過程中不停地搖晃碲鎘汞薄膜材料；然後放在無水乙醇中清洗1～2分鐘；C、立即將碲鎘汞薄膜材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的體積比為0.1∶1，在溶液中浸泡1分鐘，隨後將碲鎘汞薄膜材料用無水乙醇清洗1～2分鐘，再用去離子水清洗洗1～2分鐘，最後用高純氮氣吹乾。
實施例5A、先在丙酮溶液中浸泡2～3分鐘，再放入無水乙醇中浸泡1～2分鐘，隨後在室溫下的去離子水中清洗1～2分鐘，用高純氮氣吹乾；B、將吹乾的碲鎘汞薄膜材料用溴和無水乙醇溶液腐蝕，溴和無水乙醇溶液的體積比為0.05∶1，腐蝕時間為10秒，並在腐蝕過程中不停地搖晃碲鎘汞薄膜材料；然後放在無水乙醇中清洗1～2分鐘；C、立即將碲鎘汞薄膜材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的體積比為0.1∶1，在溶液中浸泡1分鐘，隨後將碲鎘汞薄膜材料用無水乙醇清洗1～2分鐘，再用去離子水清洗洗1～2分鐘，最後用高純氮氣吹乾。
利用X射線光電子譜分別對經上述工藝處理的碲鎘汞表面進行了測量、分析。結果表明在探測極限範圍內，碲鎘汞薄膜材料的表面只有物理吸附氧，表面無氧化物存在，進一步說明採用本發明的處理工藝，可獲得氧化物極少甚至無氧化的碲鎘汞表面。
整個工藝過程簡單，操作方便，重複性好，實用性強，對人體基本無傷害，可廣泛用於碲鎘汞材料表面的製備和碲鎘汞光電器件的製造。
權利要求
1.碲鎘汞薄膜材料表面氧化膜層的處理工藝，包括對碲鎘汞薄膜材料進行清洗處理；腐蝕處理和表面處理；其特徵在於A)先對碲鎘汞薄膜材料進行清洗處理a)在丙酮溶液中浸泡2～3分鐘；b)在無水乙醇中浸泡1～2分鐘；c)在室溫下的去離子水中清洗1～2分鐘；d)用高純氮氣吹乾。B)再對碲鎘汞薄膜材料進行腐蝕處理a)將吹乾的碲鎘汞薄膜材料用溴和無水乙醇溶液腐蝕，溴和無水乙醇溶液的體積比為(0.005～0.05)∶1，腐蝕時間為10～60秒，並在腐蝕過程中不停地搖晃碲鎘汞薄膜材料；b)在無水乙醇中清洗1～2分鐘。C)最後對碲鎘汞薄膜材料進行表面處理a)將碲鎘汞薄膜材料浸入乳酸和乙二醇溶液，乳酸和乙二醇溶液的體積比為(0.03～0.1)∶1，在溶液中浸泡1～2分鐘；b)隨後將碲鎘汞薄膜材料用無水乙醇清洗1～2分鐘；c)再用去離子水清洗洗1～2分鐘；d)最後用高純氮氣吹乾。
全文摘要
碲鎘汞薄膜材料表面氧化膜層的處理工藝，是將碲鎘汞薄膜材料先用丙酮、無水乙醇、去離子水清洗後，經溴和無水乙醇溶液腐蝕，再用乳酸和乙二醇溶液進行表面處理，可獲得氧化物極少甚至無氧化物的碲鎘汞表面。可大大提高碲鎘汞光伏探測器陣列的光電性能、成品率和可靠性，整個工藝過程簡單，操作方便，重複性好，實用性強，對人體基本無傷害。可廣泛用於碲鎘汞材料表面的製備和碲鎘汞光電器件的製造。
文檔編號H01L21/30GK101083289SQ200610027038
公開日2007年12月5日 申請日期2006年5月29日 優先權日2006年5月29日
發明者李毅 申請人:上海理工大學