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第1章 概述1

1.1 红外探测器材料1

1.2 碲镉汞材料制备技术的发展3

1.3 碲镉汞材料物理与技术7

参考文献9

第2章 碲镉汞材料的基本特性11

2.1 碲镉汞材料的基本结构特性11

2.2 碲镉汞材料能带结构14

2.3 碲镉汞材料的功函数16

2.4 碲镉汞材料的热学特性18

2.4.1 碲镉汞材料的基本热参数18

2.4.2 碲镉汞材料中原子的热扩散特性21

2.5 碲镉汞材料的力学特性27

参考文献29

第3章 碲镉汞材料相图32

3.1 固—液两相平衡体系相图33

3.2 液—气两相平衡体系相图36

3.3 固—液—气三相平衡体系相图36

3.4 固—气两相平衡体系相图37

3.5 相图的理论计算38

3.6 有关碲镉汞相图需要补充说明的问题39

参考文献40

第4章 碲镉汞材料的缺陷41

4.1 点缺陷41

4.2 线缺陷45

4.2.1 穿越位错50

4.2.2 界面失配位错53

4.2.3 微缺陷55

4.3 面缺陷和层状缺陷57

4.4 体缺陷57

4.5 表面缺陷58

4.6 碲镉汞缺陷的观察和测量方法60

参考文献62

第5章 碲镉汞材料的光学特性65

5.1 光学常数65

5.2 红外透射光谱69

5.2.1 碲镉汞体材料70

5.2.2 HgCdTe/CdZnTe外延材料71

5.2.3 HgCdTe/CdTe/GaAs外延材料73

5.2.4 具有组分梯度的碲镉汞外延材料75

5.2.5 多层碲镉汞外延材料的红外透射光谱80

5.3 红外反射光谱81

5.4 椭圆偏振光谱82

5.5 光致发光光谱83

5.6 喇曼光谱84

参考文献84

第6章 碲镉汞材料的电学特性87

6.1 半导体材料电学性能的基础知识88

6.1.1 单种载流子导电88

6.1.2 载流子的迁移率与散射机制88

6.1.3 两种载流子导电89

6.1.4 载流子非均匀分布材料的电学性能90

6.1.5 多种载流子导电材料的电学性能95

6.1.6 载流子导电特性与温度的关系96

6.1.7 表面层的电学性能99

6.1.8 载流子的产生与复合99

6.2 本征材料的电学性能103

6.3 非掺杂碲镉汞材料的电学性能104

6.3.1 载流子浓度和迁移率104

6.3.2 少数载流子寿命107

6.3.3 少数载流子扩散长度110

6.4 掺杂碲镉汞材料的电学性能111

6.4.1 N型掺杂材料111

6.4.2 P型掺杂材料112

6.5 碲镉汞材料电学性能测试结果的评价113

参考文献115

第7章 碲镉汞材料生长及相关的材料物理特性119

7.1 材料生长119

7.2 材料生长的相图123

7.3 材料生长的驱动力126

7.4 材料的固—液界面127

7.5 材料的表面特性129

7.6 材料的边界层132

7.7 外延材料的晶格失配和临界厚度133

参考文献138

第8章 碲镉汞液相外延技术139

8.1 液相外延的相图141

8.2 液相外延的理论描述141

8.3 富碲推舟式液相外延143

8.3.1 外延过程的理论计算146

8.3.2 富碲推舟式液相外延中的一些工艺问题148

8.3.3 富碲推舟式液相外延的设备148

8.4 富碲垂直浸渍式液相外延149

8.5 富汞垂直浸渍式液相外延152

8.6 倾舟式液相外延153

8.7 碲镉汞液相外延的相关技术155

8.7.1 富碲液相外延的掺杂技术155

8.7.2 表面形貌和表面缺陷的控制技术156

8.7.3 位错密度的控制157

8.7.4 Mosaic结构衬底上的碲镉汞液相外延161

8.7.5 双层碲镉汞液相外延技术161

8.7.6 Si基碲镉汞液相外延技术162

8.8 碲镉汞液相外延技术的优势和局限性163

参考文献165

第9章 碲镉汞分子束外延技术167

9.1 分子束外延系统的设备和相关技术手段168

9.1.1 真空系统168

9.1.2 束源炉169

9.1.3 样品架170

9.1.4 实时监测装置171

9.2 碲镉汞分子束外延的常规工艺174

9.3 分子束外延的基本原理和理论描述方法180

9.3.1 蒙特卡洛方法181

9.3.2 分子束外延的热力学描述182

9.4 碲镉汞分子束外延的相关技术185

9.4.1 原位掺杂技术186

9.4.2 分子束外延的原位热处理技术188

9.4.3 表面原位钝化技术188

9.4.4 碲镉汞组分异质外延技术188

9.4.5 异质衬底外延技术189

9.4.6 CdTe/Si复合衬底技术193

9.4.7 Si读出电路上的外延技术193

9.4.8 原位表面处理技术194

9.4.9 区域选择生长技术的研究194

参考文献196

第10章 碲镉汞体材料和气相外延生长技术200

10.1 体材料生长技术200

10.1.1 布里奇曼法201

10.1.2 固态再结晶法202

10.1.3 碲溶剂生长技术202

10.1.4 体材料的局限性203

10.2 碲镉汞金属有机化学气相沉积法203

10.2.1 MOCVD的基本原理204

10.2.2 碲镉汞MOCVD设备介绍205

10.2.3 碲镉汞MOCVD的工艺和生长机制206

10.2.4 衬底及取向对MOCVD技术的影响208

10.2.5 碲镉汞MOCVD技术的掺杂209

10.3 碲镉汞等温气相外延法210

参考文献212

第11章 碲锌镉衬底材料的制备和性能214

11.1 碲锌镉材料的基本物理性能214

11.2 碲锌镉衬底材料基本特性的评价216

11.3 碲锌镉材料的生长方法218

11.4 碲锌镉材料的缺陷221

11.4.1 体缺陷及其检测技术221

11.4.2 碲锌镉材料沉淀物缺陷的形成机理224

11.4.3 碲锌镉材料中的微缺陷228

11.4.4 碲锌镉材料的点缺陷237

11.4.5 碲锌镉材料的面缺陷237

11.5 碲锌镉材料的热处理技术238

11.6 碲锌镉衬底材料性能对碲镉汞外延材料质量的影响240

11.7 碲锌镉衬底制备技术的发展240

参考文献241

第12章 碲镉汞材料的热处理技术244

12.1 控制汞空位浓度的热处理技术244

12.1.1 闭管汞源热处理技术245

12.1.2 汞碲源闭管热处理技术247

12.1.3 开管汞源热处理技术248

12.1.4 宽禁带覆盖层的真空热处理技术249

12.1.5 HgTe粉末源热处理技术250

12.1.6 汞空位热处理工艺需要注意的问题252

12.2 碲镉汞掺杂材料的热处理技术253

12.2.1 In掺杂材料的热处理253

12.2.2 As掺杂激活热处理技术253

12.2.3 H+掺杂热处理技术256

12.3 表面掺杂热处理技术257

12.4 缺陷和表面钝化相关的热处理技术257

12.4.1 闭管高温热处理技术257

12.4.2 MBE原位高温热处理技术259

12.4.3 Hg-Cd源热处理技术259

12.4.4 CdTe钝化层的热处理技术260

12.4.5 马赛克结构材料的热处理技术261

12.5 表面注入或刻蚀后的材料热处理工艺262

12.6 热处理工艺的复杂性和需要进一步思考的问题265

参考文献266

第13章 碲镉汞材料制备的基础工艺技术268

13.1 原材料的质量控制268

13.2 配料269

13.3 材料的清洗和腐蚀270

13.4 抛光273

13.5 粘片274

13.6 材料切割技术275

13.7 单点金刚石旋转切削加工技术277

13.8 材料的刻蚀278

13.9 离子注入280

13.10 石英和玻璃的处理281

13.11 石墨的选择与处理283

13.12 合成284

13.13 加热和控温技术284

13.13.1 加热和保温284

13.13.2 温度控制技术285

13.13.3 温度测量技术288

13.14 真空技术289

13.15 净化环境的控制297

13.16 高纯气体和去离子水使用技术298

13.17 设备故障排除技术300

参考文献301

第14章 碲镉汞材料物理性能的检测技术304

14.1 电学性能测试304

14.1.1 霍耳测试技术304

14.1.2 深能级瞬态谱测试技术307

14.2 红外光谱仪测试技术309

14.3 光电检测技术310

14.3.1 光电导衰退测量技术311

14.3.2 微波反射光电导衰退检测技术312

14.3.3 光束感应和电子束感应电流谱测试技术313

14.4 X射线衍射技术314

14.4.1 X射线衍射的基本知识315

14.4.2 X射线摇摆曲线317

14.4.3 晶格常数的测量318

14.4.4 位错密度的测量318

14.4.5 双晶衍射用于双层组分异质结构特性的测量320

14.4.6 X射线倒空间矢量分布图分析技术321

14.4.7 X射线貌相分析323

14.4.8 X射线荧光分析325

14.4.9 X射线粉末衍射325

14.5 显微观察与分析技术326

14.5.1 光学显微术326

14.5.2 X射线光电子能谱329

14.5.3 电子显微术329

14.5.4 探针扫描显微术332

14.6 质谱分析技术333

14.6.1 二次离子质谱334

14.6.2 辉光放电质谱336

14.6.3 四极质谱337

14.7 原子光谱技术337

14.8 热分析方法338

14.9 物性检测结果的评价338

参考文献340

第15章 碲镉汞材料参数对器件性能的影响341

15.1 材料尺寸341

15.2 平整度和粗糙度343

15.3 晶向344

15.4 组分345

15.5 电学参数348

15.5.1 导电类型348

15.5.2 载流子浓度和迁移率349

15.6 少子寿命351

15.7 透过率353

15.8 缺陷354

15.9 双晶半峰宽358

15.10 X射线貌相359

15.11 非均匀性360

15.12 表面和界面361

15.13 力学特性363

参考文献365

第16章 碲镉汞器件性能与材料参数的关系367

16.1 漏电流372

16.1.1 扩散电流372

16.1.2 产生复合电流374

16.1.3 隧道电流378

16.1.4 碰撞激化电离电流380

16.1.5 表面漏电流382

16.2 品质参数ROA386

16.3 响应率及响应光谱390

16.3.1 填充因子391

16.3.2 表面反射392

16.3.3 光的吸收效率和光生载流子的复合效应393

16.3.4 其他一些影响因素396

16.4 噪声和噪声等效温差398

16.5 探测率402

16.6 增益405

16.7 带宽408

16.8 非均匀性和盲元率409

16.9 串音411

16.10 抗环境冲击性能413

16.11 总结414

参考文献416

第17章 碲镉汞器件结构与材料制备工艺的关系421

17.1 n+-on-p平面结器件422

17.2 ？+-on-p台面结器件424

17.3 ？+-on-n台面结器件424

17.4 ？+-on-n平面结器件425

17.5 n+/p高密度垂直集成光电器件426

17.6 全台面隔离器件427

17.7 高温工作器件428

17.8 顺序读出双色器件430

17.9 同步读出的双色器件432

17.10 三色碲镉汞红外焦平面器件434

17.11 雪崩焦平面器件435

17.12 多pn结的大光敏元器件436

17.13 HgTe/CdTe超晶格器件438

17.14 ？+Bn型光电器件438

17.15 单片集成式器件439

17.16 碲镉汞红外焦平面材料和器件的发展439

参考文献446

附录449

参考文献459