一種碲鎘汞薄膜材料的化學拋光方法與流程

2024-03-29 03:26:05

本發明涉及紅外探測領域，特別涉及一種碲鎘汞薄膜材料的化學拋光方法。

背景技術：

紅外焦平面探測技術具有光譜響應波段寬、可獲得更多地面目標信息、能晝夜工作等顯著優點，廣泛應用於預警探測、情報偵察、毀傷效果評估以及農牧業、森林資源的調查、開發和管理、氣象預報、地熱分布、地震、火山活動，太空天文探測等領域。

碲鎘汞薄膜材料是高性能紅外焦平面探測器的核心材料，製備這種材料的技術方法很多，有液相外延法(LPE)、分子束外延法(MBE)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)法等，其中液相外延法是一種非常成熟的工業化應用的技術。碲鎘汞薄膜材料的厚度一般在10-15微米左右。用於紅外焦平面製造技術的HgCdTe晶片在表面有著其固有的生長缺陷，HgCdTe表面由於對流而產生具有波浪樣式的波紋，在其表面製備的碲鎘汞器件與Si讀出電路互連不能滿足互連要求，需要對碲鎘汞表面進行平坦化工藝，即機械拋光、機械化學拋光和化學拋光。碲鎘汞(Hg1-xCdxTe)薄膜材料在機械拋光和機械化學拋光在減薄過程中沒有選擇性，而在化學拋光時由於構成碲鎘汞表面的半導體元素具有各向異性，化學拋光液與碲鎘汞材料的各元素反應速率不同，造成碲鎘汞表面的組分偏差較大，在此材料材料上製備的碲鎘汞探測器器件光譜響應均勻性不能滿足性能要求。

技術實現要素：

鑑於上述問題，本發明提供一種碲鎘汞薄膜材料的化學拋光方法，以解決現有技術中在化學拋光時由於構成碲鎘汞表面的半導體元素具有各向異性，化學拋光液與碲鎘汞材料的各元素反應速率不同，碲鎘汞表面的組分偏差較大的問題。

本發明提供的碲鎘汞薄膜材料的化學拋光方法，包括以下步驟：

利用化學拋光液對所述碲鎘汞薄膜材料進行N次化學拋光，其中，第i+1次化學拋光的去除厚度小於第i次化學拋光的去除厚度，其中，N≥3，1≤i≤N；

將經過N次化學拋光後的碲鎘汞薄膜材料在表面處理液中進行表面處理。

本發明有益效果如下：

本發明實施例通過進行多次化學拋光及在化學拋光後對碲鎘汞薄膜材料進行表面處理，解決了現有技術中碲鎘汞表面的組分偏差較大的問題，不僅能夠降低碲鎘汞材料的組分方差，而且使碲鎘汞材料的表面極少氧化物甚至無氧化物，從而使碲鎘汞探測器器件光譜響應均勻性能夠滿足性能要求。

附圖說明

圖1是本發明實施例的碲鎘汞薄膜材料的化學拋光方法的流程圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這裡闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，並且能夠將本公開的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。

為了解決現有技術中在化學拋光時由於構成碲鎘汞表面的半導體元素具有各向異性，化學拋光液與碲鎘汞材料的各元素反應速率不同，碲鎘汞表面的組分偏差較大的問題，本發明提供了一種碲鎘汞薄膜材料的化學拋光方法，以下結合附圖以及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不限定本發明。

面對現有技術中在化學拋光時由於構成碲鎘汞表面的半導體元素具有各向異性，化學拋光液與碲鎘汞材料的各元素反應速率不同，碲鎘汞表面的組分偏差較大的問題，可以用兩種途徑進行解決，一方面需要選擇合適的碲鎘汞化學拋光液，降低由於化學拋光液對碲鎘汞的腐蝕速率不同，帶來的表面組分不同的缺陷；另一方面改進碲鎘汞的化學拋光方法和後處理方法，降低碲鎘汞材料表面的組分方差大小。下面將對本發明碲鎘汞薄膜材料的化學拋光方法進行具體的說明。

根據本發明的實施例，提供了一種碲鎘汞薄膜材料的化學拋光方法，圖1是本發明實施例的碲鎘汞薄膜材料的化學拋光方法的流程圖，如圖1所示，根據本發明實施例的碲鎘汞薄膜材料的化學拋光方法包括如下處理：

步驟101，利用化學拋光液對所述碲鎘汞薄膜材料進行N次化學拋光，其中，第i+1次化學拋光的去除厚度小於第i次化學拋光的去除厚度，其中，N≥3，1≤i≤N；

步驟102，將經過N次化學拋光後的碲鎘汞薄膜材料在表面處理液中進行表面處理。

在利用化學拋光液對所述碲鎘汞薄膜材料進行N次化學拋光之前，還包括對所述碲鎘汞薄膜材料進行機械拋光和機械化學拋光。

具體的，所述碲鎘汞薄膜材料通過外延法製備得到，所述外延法包括但不限於液相外延法、分子束外延法、金屬有機化學氣相沉積。

利用化學拋光液對所述碲鎘汞薄膜材料進行N次化學拋光時，每一次化學拋光均可利用現有技術中化學拋光的方法進行，對此本發明不做特殊限定。

具體的，第i+1次化學拋光的去除厚度小於第i次化學拋光的去除厚度具體為：

第1次化學拋光的去除厚度不超過去除總厚度的50％；

第i+1次化學拋光的去除厚度不超過第i次化學拋光去除厚度的60％。

優選的，所述N為3～6；

第1次化學拋光的去除厚度為去除總厚度的45～50％；

第i+1次化學拋光的去除厚度為第i次化學拋光去除厚度的55～60％。

具體的，所述第i次化學拋光利用的化學拋光液為第一化學拋光液或第二化學拋光液，所述第一化學拋光液為溴與甲醇和乙二醇組成的混合物，所述第二化學拋光液為氨水與雙氧水組成的混合物。

更加具體的，所述第一化學拋光液中甲醇與乙二醇的體積比為1:1～1:5，甲醇和乙二醇組成第一混合物，溴在第一混合物中的體積濃度為0.05％～0.5％。

更加具體的，所述第二化學拋光液中氨水與雙氧水的體積比為1:5～1:100。

步驟102具體包括以下步驟：

將經過N次化學拋光後的碲鎘汞薄膜材料在表面處理液中進行表面處理，處理時間為5～20s。

具體的，將經過N次化學拋光後的碲鎘汞薄膜材料在表面處理液中進行表面處理，可以選用將將經過N次化學拋光後的碲鎘汞薄膜材料浸泡在表面處理液中的方式。

具體的，所述表面處理液為乳酸與乙二醇按照體積比1:10～1:100組成的混合物，優選的，所述表面處理液為乳酸與乙二醇按照體積比1:40～1:80組成的混合物。

本發明實施例通過進行多次化學拋光及在化學拋光後對碲鎘汞薄膜材料進行表面處理，解決了現有技術中碲鎘汞表面的組分偏差較大的問題，不僅能夠降低碲鎘汞材料的組分方差，而且使碲鎘汞材料的表面極少氧化物甚至無氧化物，從而使碲鎘汞探測器器件光譜響應均勻性能夠滿足性能要求。利用本發明的化學拋光方法製備得到的碲鎘汞薄膜材料已經成功地應用於LW320×256和LW1280×1024碲鎘汞焦平面器件上。

為了詳細的說明本發明實施例，給出實例1～實例3。

實例1

本發明實施例實例1的碲鎘汞薄膜材料的化學拋光方法包括如下處理：

步驟101，利用第一化學拋光液對厚度為14.1405微米的碲鎘汞薄膜材料進行4次化學拋光，從第1次化學拋光到第4次化學拋光碲鎘汞薄膜材料的去除的厚度依次為1.6604微米、0.9546微米、0.5423微米、0.3152微米。其中，第一化學拋光液為溴與甲醇和乙二醇組成的混合物，甲醇與乙二醇的體積比為1:2，甲醇和乙二醇組成第一混合物，溴在第一混合物中的體積濃度為0.2％。

步驟102，將經過4次化學拋光後的碲鎘汞薄膜材料在表面處理液中進行表面處理，處理時間為10s，所述表面處理液為乳酸與乙二醇按照體積比1:40組成的混合物，最終測試獲得碲鎘汞薄膜材料的組分方差為0.0006。

實例2

本發明實施例實例2的碲鎘汞薄膜材料的化學拋光方法包括如下處理：

步驟101，利用第二化學拋光液對厚度為13.6761微米的碲鎘汞薄膜材料進行4次化學拋光，從第1次化學拋光到第4次化學拋光碲鎘汞薄膜材料的去除的厚度依次為1.5614微米、0.9284微米、0.5323微米、0.3065微米。其中，第二化學拋光液為氨水與雙氧水組成的混合物，氨水與雙氧水的體積比為1:50。

步驟102，將經過4次化學拋光後的碲鎘汞薄膜材料在表面處理液中進行表面處理，處理時間為12s，所述表面處理液為乳酸與乙二醇按照體積比1:60組成的混合物，最終測試獲得碲鎘汞薄膜材料的組分方差為0.0007。

在其它條件均相同的條件下，如果僅利用第一化學拋光液對厚度為12.4976微米的碲鎘汞薄膜材料進行1次化學拋光，去除的厚度為3.8825微米，最終測試獲得碲鎘汞薄膜材料的組分方差為0.0025。

實例3

本發明實施例實例3的碲鎘汞薄膜材料的化學拋光方法包括如下處理：

步驟101，利用化學拋光液對厚度為13.3271微米的碲鎘汞薄膜材料進行4次化學拋光，第1次化學拋光和第3次化學拋光利用第一化學拋光液，第2次化學拋光和第4次化學拋光使用第二化學拋光液，從第1次化學拋光到第4次化學拋光碲鎘汞薄膜材料的去除的厚度依次為1.7604微米、1.0046微米、0.5732微米、0.3204微米。其中，第一化學拋光液為溴與甲醇和乙二醇組成的混合物，甲醇與乙二醇的體積比為1:3，甲醇和乙二醇組成第一混合物，溴在第一混合物中的體積濃度為0.2％；第二化學拋光液為氨水與雙氧水組成的混合物，氨水與雙氧水的體積比為1:40。

步驟102，將經過4次化學拋光後的碲鎘汞薄膜材料在表面處理液中進行表面處理，處理時間為8s，所述表面處理液為乳酸與乙二醇按照體積比1:80組成的混合物，最終測試獲得碲鎘汞薄膜材料的組分方差為0.0004。

對比例1：

採用化學拋光液(組成為：甲醇與乙二醇的體積比為1:2，甲醇和乙二醇組成第一混合物，溴在第一混合物中的體積濃度為0.2％)將厚度為10.6400微米的碲鎘汞薄膜材料進行1次化學拋光，去除的厚度為3.2174微米，未進行表面處理，最終測試獲得碲鎘汞薄膜材料的組分方差為0.0030。

對比例2：

採用化學拋光液(氨水與雙氧水的按體積比1:50組成的混合物)將厚度為12.4976微米的碲鎘汞薄膜材料進行1次化學拋光，去除的厚度為3.8825微米，未進行表面處理，最終測試獲得碲鎘汞薄膜材料的組分方差為0.0025。

對比例3：

將厚度為12.1514微米的碲鎘汞薄膜材料進行2次化學拋光。第一次使用的化學拋光液組成如下：甲醇與乙二醇的體積比為1:3，甲醇和乙二醇組成第一混合物，溴在第一混合物中的體積濃度為0.2％。第二次使用的化學拋光液組成如下：氨水與雙氧水組成的混合物，氨水與雙氧水的體積比為1:40。每次化學拋光去除的厚度分別為2.0097微米和1.4570微米，未進行表面處理，最終測試獲得碲鎘汞薄膜材料的組分方差為0.0024。

以上所述僅為本發明的實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。