碲镉汞材料p-n结结深的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种碲镉汞材料ｐ－ｎ结结深的测量方法，该方法包括样品的腐蚀，导电类型的测量和台阶高度的测量。其步骤是：利用腐蚀液对碲镉汞样品逐次腐蚀，逐层剥离，每腐蚀一次便进行一次导电类型的测量，导电类型的测量采用温差电动势法。它是根据ｐ型半导体的温差电动势的方向与ｎ型的相反的原理来判断腐蚀是否到ｐ－ｎ结的位置，然后利用台阶仪测量ｐ－ｎ结的结深。本发明专利技术的优点是：无需多次制备电极，测量方法简单，测试结果准确。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于红外探测器的碲镉汞材料p-n结结深的测量方法。技术方案基于上述剥层霍耳法存在的问题，本专利技术的目的是提供一种无需多次制备电极，测量方法简单，测试结果准确的碲镉汞材料p-n结结深的测量方法。本专利技术的技术方案是利用腐蚀液对碲镉汞样品逐次腐蚀，逐层剥离，每腐蚀一次便进行一次导电类型的测量，导电类型的测量采用温差电动势法。由半导体物理学的知识知道，半导体材料的费米能级随温度的升高向本征费米能级移动，如果材料在空间上有温度梯度，就会引起费米能级在空间的梯度，从而在冷热两端产生电势差，这就是温差电动势。在相同条件下，p型半导体的温差电动势的方向与n型的相反。因为温度升高时，p型与n型半导体的费米能级均向本征费米能级靠近。这样，对于p型材料热端的费米能级高，则热端电势低；而对于n型半导体材料则完全相反。从而就可以利用冷热两端的温差电动势的极性来判断半导体材料的导电类型。当测试时发现电势反转，表明已腐蚀到p-n结的位置，利用台阶仪就可测得p-n结的结深。本专利技术的具体步骤如下A.样品的制备在样品的部分表面生长一层SiO2保护膜，见附图说明图1。B.分步腐蚀和导电类型的测量将带有部分保护膜的样品放入溴和乙醇的混合液中，其体积比为1∶50～200，腐蚀液的温度维持在冰点，腐蚀速率为0.01μm/s-0.1μm/s。第一次腐蚀时间可根据所测样品p-n结估算高度来控制，以后逐次缩短，特别是近结区时，要使腐蚀时间缩短到使p-n结结深允许的测量误差范围0.1μm内。每腐蚀一次便测一次碲镉汞样品的导电类型，以判断是否已到达结区。对于碲镉汞材料，由于其在室温附近就已接近本征激发，为保证测试结果的准确，测量在液氮温度下进行，即将样品和万用表的一根探针用液氮冷却，另一根探针保持室温，当样品和冷探针冷却到液氮温度时，同时把冷热两根探针分别轻轻地压在样品的腐蚀过的部位，记下万用表读数的正负。经过反复若干次的腐蚀及测试之后，万用表的读数出现由正转负或由负转正，这就说明材料已被腐蚀到结区。所说的万用表为普通的数字式，具有毫安级量程就可以。C.台阶高度测试在测台阶高度之前，将样品的保护膜去掉，露出未被腐蚀的原始表面，形成一个高度为结深的台阶，用台阶仪测量台阶高度。B.涂光刻胶，在样品需要腐蚀的部分涂光刻胶保护，不需要腐蚀的部分则暴露于溅射气氛中，进行SiO2的溅射，SiO2的厚度为不小于0.1μm。溅射结束，用丙酮把样品需要腐蚀部分上面的光刻胶连同其上面的SiO2一同去除。2.分步腐蚀和导电类型的测量腐蚀液的配制有两个原则，一是腐蚀液应尽量稀，以降低腐蚀速率；二是要使腐蚀液对于碲隔汞的腐蚀速度能够很好的控制。这样，通过控制腐蚀速率，每次的腐蚀时间，使得碲隔汞的腐蚀以一个很小的步长进行。按照这两个原则，本专利技术人推荐体积比为1∶100的溴和乙醇的混合液作为腐蚀液，腐蚀液温度保持在冰点。根据所生长样品估算的p-n结的大致高度为1μm，第一次腐蚀时间可控制在10s，以后逐次缩短，特别是近结区时，腐蚀时间可控制在1s-2s，这样可使碲隔汞的腐蚀以测量厚度允许的误差范围0.1μm内。每腐蚀一次便测一次碲镉汞样品的导电类型，以判断是否已到达结区。测量在液氮温度下进行，即将样品和万用表的一根探针用液氮冷却，另一根探针保持室温，当样品和冷探针冷却到液氮温度时，同时把冷探针1和热探针2分别轻轻地压在样品的腐蚀过的部位3，记下万用表4读数的正负，见图2。经过反复若干次的腐蚀及测试之后，万用表的读数出现由正转负或由负转正，这就说明材料已被腐蚀到结区。3.台阶高度测试在测台阶高度之前，将样品浸于氢氟酸溶液中几秒钟，去掉样品的保护膜，露出未被腐蚀的原始表面，形成一个高度为结深的台阶，用Veeco公司的DEKTAK3 surface profile measuring system台阶仪可方便测出台阶的高度，其测量结果见图3。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碲镉汞材料ｐ－ｎ结结深的测量方法，包括样品保护膜的生长、腐蚀、导电类型的测量，其特征在于具体步骤如下：Ａ．样品的制备在样品的部分表面生长一层ＳｉＯ↓［２］保护膜；Ｂ．分步腐蚀和分步测量导电类型将带有ＳｉＯ↓［２］保护膜的 样品放入溴和乙醇的混合液中，其体积比为１∶５０～２００，腐蚀液的温度维持在冰点，腐蚀速率为０．０１μｍ／ｓ－０．１μｍ／ｓ，第一次腐蚀时间可根据所测样品估算的ｐ－ｎ结结深和腐蚀液的浓度来控制，以后逐次缩短，特别是近结区时，要使腐蚀时间缩短到使ｐ－ｎ结结深测量允许的误差范围０．１μｍ内；每腐蚀一次便测一次样品的导电类型，以判断是否已到达结区，测量在液氮温度下进行，即将样品和万用表的一根探针用液氮冷却，另一根探针保持室温，当样品和冷探针冷却到液氮温度时，同时把冷探针（１）和热 探针（２）分别轻轻地压在样品的腐蚀过的部位（３），记下万用表（４）读数的正负，样品经过反复若干次的腐蚀及测试之后，万用表的读数出现由正转负或由负转正，这就说明材料已被腐蚀到结区；所说的万用表为普通的数字式，具有毫安级量程就可以；Ｃ．台阶 高度测试在测台阶高度之前，将样品的保护膜去掉，露出未被腐蚀的原始表面，形成一个高度为结深的台阶，用台阶仪测量台阶高度。...

【技术特征摘要】
1.一种碲镉汞材料p-n结结深的测量方法，包括样品保护膜的生长、腐蚀、导电类型的测量，其特征在于具体步骤如下A.样品的制备在样品的部分表面生长一层SiO2保护膜；B.分步腐蚀和分步测量导电类型将带有SiO2保护膜的样品放入溴和乙醇的混合液中，其体积比为1∶50～200，腐蚀液的温度维持在冰点，腐蚀速率为0.01μm/s-0.1μm/s，第一次腐蚀时间可根据所测样品估算的p-n结结深和腐蚀液的浓度来控制，以后逐次缩短，特别是近结区时，要使腐蚀时间缩短到使p-n结结深测量允许的误差范围0.1μm内；每腐蚀一次便测一次样品...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海燕，胡晓宁，叶振华，廖清君，李言谨，
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]