碲镉汞光伏探测器深能级缺陷的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种检测碲镉汞红外探测器深能级缺陷的检测方法，它是基于在激光辐照下，深能级被激活引起隧穿电流的原理，采用相敏检测技术（锁相放大器＋机械斩波器）得到激光辐照下的反常电流信号，并除去常规的激光束诱导电流信号，剩下的即为深能级缺陷引起的陷阱辅助隧穿电流，可作为判断样品中深能级的标准，此电流值越大，样品中深能级缺陷数目越多。本发明专利技术的优点在于能独立表征对器件暗电流有贡献的深能级缺陷特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及红外探测器的检测技术，具体是指一种检测碲镉汞红外探测器 深能级缺陷的方法。
技术介绍
碲镉荥(HgCdTe)红外探测器在军事及航天领域有着重要的应用价值，对 器件性能要求也很高。而红外探测器中的pn结由于深能级缺陷的存在，使器件 的少子寿命、电学噪声等性质受到影响，从而也影响到器件性能，限制了它的 应用。因此检测碲镉汞光伏探测器中的深能级缺陷就变得尤为重要。目前研究碲镉汞器件中深能级杂质和缺陷的方法大多是电学方法，这种电 学方法是把碲镉汞光伏器件所有的暗电流途径都含在其中的，即有扩散电流、 产生复合电流、直接隧穿电流、陷阱辅助隧穿电流，难以把由深能级陷阱引起 的辅助隧穿暗电流独立地表征出来，这种表征深能级缺陷的方法不可避免地存 在误差。另外也有一些方法直接确定深能级的能级位置和浓度，但所确定的深 能级不一定都对器件暗电流有贡献，这样得出来的深能级缺陷不能准确反映出 对器件性能的影响。而且一般的光学方法只能测出较大范围的深能级状态，难 以定位到只有几微米的pn结区进行测量，很难测定pn结区这样区域性的小尺 度范围的深能级状态。
技术实现思路
由于现有检测方法不能表征对器件暗电流有贡献的深能级缺陷，本专利技术的 目的是提出一种检测深能级缺陷的方法，该方法不仅能测定小尺度范围的pn结的深能级状态，而且能将深能级引起的陷阱辅助隧穿电流独立表征出来。 本专利技术的具体技术方案如下1. 从样品p区两端引出激光束诱导电流(LBIC)的测试电极，将样品放入杜瓦，通过液氮和控温仪调节使样品处于较低温度下。2. 通过二维微移动平台6调节杜瓦5位置，在高倍物镜4和CCD相机3观察 下，将激光聚焦到杜瓦中的pn结样品所在处，使扫描线沿样品中心线。3. 将激光功率逐渐调大打在样品上，结合相敏检测技术(锁相放大器+机 械斩波器)，记录激光沿样品中心线扫描时的电流和位置的关系曲线。当激光增 大到某一较强功率时，在pn结区引起较高的载流子浓度，对pn结区某些对于隧 穿有很强增强效应的深能级进行了激活，使得隧穿电流急剧上升，这时电流曲 线上会出现反常的线形。4. 在此较强激光造成的反常曲线基础上，除去常规的激光束诱导电流的信 号，剩下的即为深能级缺陷引起的陷阱辅助隧穿电流，可作为判断样品中深能 级的标准，此电流值越大，样品中深能级缺陷数目越多，其数值的确定可根据 需要而定。本专利技术专利的优点在于1. 目前的方法都是一种电学方法，电学方法是把所有的暗电流途径都含在 其中的，难以把由深能级引发的暗电流独立表征出来，而我们的方法是通过光 生载流子对于深能级的激活导致把深能级引发的暗电流变化量直接检测到(因 为其他暗电流机理不会受到光生载流子影响)，这样就把与深能级直接关联的暗 电流拿到了，也就同时从该暗电流变化大小直接获得了深能级密度；2. 也有一些方法直接确定深能级的能级位置和浓度，但所确定的深能级不 一定都对器件暗电流有同等的贡献，我们的方法是仅仅将那些对暗电流有直接贡献的深能级反映出来了，没有贡献的深能级不会被反映出来，因为我们观测的就直接是器件的暗电流，而且是p-n结区的深能级状态(由我们的测量空间分 辨率决定了)，这样的区域性分辨的小尺度范围内深能级状态用光学方法非常难 测定，而我们的方法就是直接针对p-n结区的深能级进行测定的。 附图说明图1为待测碲镉汞样品的结构图。图2为检测采用的实验装置示意图中l.激光器，2.斩波器，3.CCD相机，4.高倍物镜，5.杜瓦，6.二维微移 动平台，7.锁相放大器，8.控温仪，9.步进台控制器，IO.计算机。图3为深能级引起的陷阱辅助隧穿电流图。 具体实施例方式下面通过实施例结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。 本例通过显微-拉曼光谱仪的高倍物镜4和CCD相机3观察，将激光聚焦在小 尺寸的pn结区，由步进台控制器9带动二维微移动平台6上的杜瓦5中样品移动， 使得激光束沿pn结中心线扫描，通过两个远端的p区测试电极将电流信号引出， 锁相放大器7读出微弱的电流信号，自编程序将记录扫描走步与电流的数据，最 后对数据进行处理得到深能级辅助隧穿的暗电流。 具体步骤如下1. 待测样品是碲镉汞光伏器件列阵的，从样品边缘p型材料上表面引出两 个远端的电极，如图1所示。将样品放入杜瓦5中，将杜瓦抽真空，灌液氮。2. 将杜瓦5放在走步精度为0.1pm的二维微移动平台6上，测试电极通过 BNC接线到2tol转换器，转换器通过BNC接线到锁相A接口上，斩波器2通过BNC 接线接到锁相参考输入口，步进台控制器9置于手动档，锁相接到计算机10相应 接口上。实验的装置如图2所示。3. 打开光谱仪观察用的电脑程序Labspec，在主窗口出现被测器件的放大 图像。调节二维微移动平台6下的聚焦螺旋，调至图像清晰。手动调节步进台控 制器9和杜瓦5，使步进扫描x轴沿图l所示的样品线列阵AB方向。移到pn结所在 处，关闭白光，打开激光源，打开激光衰减片，看激光聚焦情况，调节至光点 为最小。4. 通过控温仪8使温度稳定在120K。将斩波器2放入光路中，设置频率为 1723Hz，不能是交流电频率50Hz的倍数，以免有交流噪声影响测量的微弱电流 信号。设置激光衰减片为D0.3，使激光强度达到5xl(^W/cm2，移动步进台控制 器9，改变激光打在样品上的位置，观察锁相输出电流的最大值为多少，根据该 值设定量程，使最大电流大于量程的一半，这样得到的电流值较为准确。5. 使步进台控制器9处于自动档，运行数据采集程序。选择扫描方向沿x 轴扫描，电脑通过控制口使二维微移动平台6沿x轴移动，平台移动精度可以达 到为O.lpm，这样能满足小尺寸的pn结区的测量要求。6. 测量完后，电脑中采集的数据有四列，分别为位置，锁相输出的电流值 的x， r， 0。采用第一列和第二列数据作图，得到的图是温度为120K,激光功率 为5xl(^W/cn^下的电流图。由于理想pn结的曲线是在pn结边界处对应电流的极 大极小值，可在此数据图中根据pn结尺寸的大小和电流曲线做出没有深能级缺 陷的常规激光束诱导电流图，这样两者之间的差别很明显，在pn结边界处的差 值就是由深能级陷阱辅助隧穿引起的暗电流，如图3所示。该值可作为判断样品 中深能级的标准，此电流值越大，样品中深能级缺陷数目越多。权利要求1. 一种碲镉汞红外探测器深能级缺陷的检测方法，它利用微米尺度激光光斑激发光伏器件pn区光生载流子，形成对pn结区深能级的激活，并通过激活的深能级对暗电流增强的效应获取深能级特性，其特征在于该检测方法的具体步骤如下A. 从样品p区两端引出激光束诱导电流(LBIC)的测试电极，将样品放入杜瓦，通过液氮和控温仪调节使样品处于较低温度下；B. 通过二维微移动平台(6)调节杜瓦(5)位置，在高倍物镜(4)和CCD相机(3)观察下，将激光聚焦到杜瓦中的pn结样品所在处，使扫描线沿样品中心线；C. 将激光功率逐渐调大打在样品上，结合相敏检测技术(锁相放大器+机械斩波器)，记录激光沿样品中心线扫描时的电流和位置的关系曲线，当激光增大到某一较强功率时，在pn结区引起较高的载流子浓度，对pn结区某些对于隧穿有很强增强效应的深能级进行了激活，使得隧穿电流急剧上升，这时电流曲线上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碲镉汞红外探测器深能级缺陷的检测方法，它利用微米尺度激光光斑激发光伏器件ｐｎ区光生载流子，形成对ｐｎ结区深能级的激活，并通过激活的深能级对暗电流增强的效应获取深能级特性，其特征在于：该检测方法的具体步骤如下：　Ａ．　从样品ｐ区两端引出激光束诱导电流（ＬＢＩＣ）的测试电极，将样品放入杜瓦，通过液氮和控温仪调节使样品处于较低温度下；　Ｂ．通过二维微移动平台（６）调节杜瓦（５）位置，在高倍物镜（４）和ＣＣＤ相机（３）观察下，将激光聚焦到杜瓦中的ｐｎ结样品所在处，使扫描线沿样品中心线；　Ｃ．将激光功率逐渐调大打在样品上，结合相敏检测技术（锁相放大器＋机械斩波器），记录激光沿样品中心线扫描时的电流和位置的关系曲线，当激光增大到某一较强功率时，在ｐｎ结区引起较高的载流子浓度，对ｐｎ结区某些对于隧穿有很强增强效应的深能级进行了激活，使得隧穿电流急剧上升，这时电流曲线上会出现反常的线形；　Ｄ．在此较强激光造成的反常曲线基础上，除去常规的激光束诱导电流的信号，剩下的即为深能级缺陷引起的陷阱辅助隧穿电流，可作为判断样品中深能级的标准，此电流值越大，样品中深能级缺陷数目越多。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆卫，殷菲，张波，甄红楼，李天信，陈平平，李志锋，李宁，陈效双，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]