砷注入碲鎘汞的激光退火張燕李向陽氣姜潤清孫喻明方家熊21.山東大1剪外遙感研究室。山東濟(jì)南256 1傳感器國家重點實驗室中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所。上海283進(jìn)行激光退火實驗，分析注入退火引起的樣品電學(xué)性質(zhì)的變化，認(rèn)為激光遐火能夠消除福射損傷，并激活注入雜質(zhì)。同時對電導(dǎo)率遷移率譜這驗方法也做了較詳細(xì)的說明。

　　1引言碲鎘汞是種贗元系合金半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度隨組分的變化而連續(xù)可調(diào)。我們可以根據(jù)需要設(shè)計出對應(yīng)不同響應(yīng)波長的探測器；而且硫銅親是直接帶隙材料，遷移率高，介屯常數(shù)相對較小，這些物理特性和應(yīng)用潛力竹遍受到人們的重視光伏型紅外探測器有1！

　　少子擴(kuò)散長度和少子壽命上的優(yōu)勢，發(fā)展較早，工藝較成熟。但近來的研究明，型有更高的1積，在長波探測方面能提供更高的性能。因此在近幾年里受到特，吼視打到快速發(fā)展。離子注入和退火是決定0結(jié)性能白勺關(guān)鍵環(huán)，對于，銅紉0，型光電極管的工藝及，論分析的研允，要求我們付材料的離，注入和退火效應(yīng)作進(jìn)步的探傳統(tǒng)的熱退火技米總是把注入層和襯底同時置于高溫環(huán)境中處即。，致使村料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生不必要畸變，面引入新的玷污等。與此相比，激光退火可以在短時間內(nèi)完成退火過程，避免了熱退火的副作用，使襯底材料的少數(shù)載流子壽命等參數(shù)不受影響；而且，激光退火還能夠充分消除輻射損傷，對注入離子的電激活率也比熱退火高目前寸硅等半導(dǎo)體材料的激光退火研究己經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但由于汞的不穩(wěn)定性，對硫鎘汞注入樣品還是以傳統(tǒng)的熱退火為主，因此，打必要對激光退火進(jìn)1研允。我們迎過不同條件下的退火分拆了解不同退火方式及退火組合的退火效果，以便制成性能良好的碲鎘汞以這正是我們研允的的2遷移率譜分析方法我們采用遷移率譜分析方法1對離子注入后的碲鎘汞樣品面的電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析比較。這種方法將面注入層的電子遷移率與體內(nèi)電子攖移率分開能夠?qū)Ψ謱訉?dǎo)電的介質(zhì)中不同攖移率的載流子構(gòu)成予以研究，它采用易行且可靠。

　　考慮理想情況，單載流子導(dǎo)電，面為球形費米面，能量對為拋物線型，此時電導(dǎo)率張試為lwr其中，為屯導(dǎo)率張量，為遷移率，丹為磁場強(qiáng)度，為載流子密度，9為電荷密度。

　　事實上，更經(jīng)常遇到的是多數(shù)載流子導(dǎo)電發(fā)生5也，廣振蕩時。由經(jīng)典統(tǒng)計的，171.1方程得到電導(dǎo)率張說不為之間載流子對電導(dǎo)率的片獻(xiàn)。

　　從上式中可以看出包含了與低磁場強(qiáng)度丹相關(guān)的電導(dǎo)率的所有可能的信息因此只要確定奴，便可以得到電子傳輸性質(zhì)的系列描述。但由于況個磁場下，測量，得到的數(shù)據(jù)點存在于個2維的線性空間化不是唯的。故，以等人提出了攖移率譜分析方法，使用包絡(luò)以來代替奴叫通過分析包絡(luò)極值點系列的倍總，15可山實驗確記其達(dá)式為其中，搡為矩陣的特征張量組成的正交矩陣。

　　下面進(jìn)行簡單說明。假定在原有以基礎(chǔ)上加入個攖移率為的載流子，攖移率為。郵，則1含而且同時，足心和的變化規(guī)汴。當(dāng)不斷增大，使，和，不存在物蔌。意義，得到臨界處的51.此值即構(gòu)成包絡(luò)以，測量誤。帶來的不確定性。心要具體分析。

　　由于磁場與遷移率互為對偶空間，因而有限區(qū)間內(nèi)的磁場測量值所得到的攖移率也有定的有效遷移率范圍。讓移率的測量精度與之成正比，也就是說，高磁場與低遷移率對應(yīng)，此時的測量精度相對也高些；同時，磁場越強(qiáng)，分辨低讓移率載流子構(gòu)成的能力越強(qiáng)= 3實驗選用移動加熱器法生長的碲鎘汞體單晶，組分為，之斗之么低溫門了幻電子濃度為了！因為注入和退火的效果只作用于精拋到32.注使州木產(chǎn)的，3，200型離子注入機(jī)。注入束流密度控制在0.1以2以下，在這樣的束流條件下，注入過程中的發(fā)熱現(xiàn)象不會對材料性能帶來影祝以知的注入離，能量進(jìn)斤砷離子注入注劑量為使用多梭脈沖0激光器進(jìn)行退火。激光經(jīng)過衰減擴(kuò)束之后退火實驗框能量控制在材料的第經(jīng)過兩個脈沖的照射，激光光斑經(jīng)擴(kuò)束后直徑約20，中心直徑15，之內(nèi)，可以近似認(rèn)為光七是均勻的擴(kuò)，鏡分光銃I.

　　樣品能查計4實驗結(jié)果及分析為分析注入退火對樣品的影響，對樣品進(jìn)行電學(xué)性質(zhì)的測量，并對測量結(jié)果進(jìn)行分析。

　　有關(guān)電學(xué)性質(zhì)，主要利用前面所述的遷移率譜分析方法，進(jìn)行低溫了=77變磁場的霍爾系數(shù)測量，得到系列電導(dǎo)率遷移率譜和載流子濃役搦，率譜。便十觀給比。我們將樣品在注入前。注入后。沿火1不1情況的測量結(jié)果在同張上用不同曲線出來，其峰位的排按從左到的次序命名為峰峰這種情況。我們看到，心條曲線的形紅外技術(shù)從實驗結(jié)果上看，退火效果不太明顯。這可能是由于同時存在幾個作用相反的過程1由于汞原子受到激光照射之后，很容易脫離晶峰3的位置不變，但對應(yīng)不同情況，其大小狀大體相同，各有個峰；同峰的形狀也相近。出現(xiàn)多個峰位明，雖然樣品為體單晶，但由于面影響及其它原因，樣品中存在多種載流子成分。由于峰3與層載流子有關(guān)，而層正是我們感興趣的地方，因此，我們著重分析峰3的變化情況。先看下峰1的情況。對應(yīng)高遷移率載流子的峰與體內(nèi)栽流子有關(guān)。體內(nèi)缺陷少，故攖移率高，這部分載流子的峰位與峰值，在種不同情況下，都變化不大。這是因為。不管砷離子注。還是激光退火，都沒肓付樣品的內(nèi)部產(chǎn)貨響。這與8，等人的結(jié)果致。其中的微小變化，我們認(rèn)為是由測量誤差引起的。

　　發(fā)生顯著變化。砷離子注入之后與注入之前相比，電導(dǎo)率增大，載流子濃度增大。這是由于注入砷離子的作用以及注入過程帶來的損傷，層中形成非常高的載流子濃度，雖然這部分載流子的遷移率低似由戶濃度很大對屯導(dǎo)的頁獻(xiàn)報可觀正是由尸農(nóng)面聚集了這樣人高濃度低遷移率的載流子，使這部分的電導(dǎo)率增加，現(xiàn)為電導(dǎo)率上峰3的大幅度上升。這明離子注入造成的影響僅涉及到層，而對材料體內(nèi)結(jié)構(gòu)沒有大的影響。

　　樣品在經(jīng)過脈沖激光退火之后，電導(dǎo)率有下降的趨勢。層電導(dǎo)率峰值下降，明部分砷離子被激活，晶格損傷也在定程度上有所恢蔓。栽流戶濃墳隨讓，率的變化上，也可以看到退火的效果，載流子濃度峰值下降。

　　為了驗證實駘測遣的準(zhǔn)確秤役。我們付樣品2退火后的霍爾系數(shù)測量進(jìn)行了重復(fù)實驗，其電導(dǎo)率遷移率曲線4.在測量得到曲線3幾天之后接連進(jìn)行了兩次測量，分別得到曲線1這條曲線在峰1和峰3處重合得都很好，峰位和峰值趨勢相同，只在峰2位置稍有移動。可，測量的重復(fù)性還是比較好的，準(zhǔn)確度也比較高。這也證明了利用變磁場霍爾測量進(jìn)行電學(xué)性質(zhì)的分析是可靠的。

　　格位置，逃逸出來，或者成為填隙原子；2由尹缺陷的存在，使蹄原子跑出晶格，懸掛在位錯或亞晶界這兩點都會造成載流濃度的，加3激光退火激活注入的離子。進(jìn)入晶格結(jié)構(gòu)。使載流子濃度減少4激光退火實騎是在空氣中進(jìn)行的，可能會帶來某些不確定的變化。另外，所用激光能量可能還不夠理想，有關(guān)激光能量與退火效果的關(guān)系。我們將在3；外篇文章介紹，5結(jié)論通過激光退火對砷注入碲鎘汞樣品電學(xué)性質(zhì)的作用，分析電導(dǎo)率及載流子濃度的變化，認(rèn)為選擇合適的脈沖激光能量脈沖數(shù)量，可以使激光遲火在定程投上消除輻射損傷，激活注離6起到熱退火的作用。

　　1離子注入原理和技術(shù)。北京輻射中心北京師范大學(xué)。低能核物理研宄所離子注入研宄室。北京大學(xué)出版社。122李向陽。山東大學(xué)博士論文。碲鎘汞，型光伏列陣器件的研究19 4胡燮榮。吳曉光。胡之涵等。人脈沖激光作用下碲镅的損傷，上海第十屆全國紅外科學(xué)技術(shù)交流會論文集1996108