一种碲镉汞材料的P型热处理方法技术

本发明专利技术属于半导体材料加工制备的技术领域，具体为一种碲镉汞材料的P型热处理工艺方法。本发明专利技术对外延生长得到的碲镉汞材料进行富汞热处理和真空热处理，根据碲镉汞材料的厚度确定富汞热处理的时间，并同时控制热处理的温度、真空退火处理的温度与时间，能够解决富汞热处理后P型碲镉汞材料电学参数不稳定的技术问题，同时还可以在一定温度范围内精确控制液氮温度下碲镉汞P型材料的载流子浓度，实现良好的批次稳定性，提高了碲镉汞材料退火热处理的良品率，非常适合批量生产使用，降低了生产成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
一种碲镉汞材料的P型热处理方法


[0001]本专利技术涉及一种半导体材料加工制备的
，具体为一种碲镉汞材料的P型热处理工艺方法。

技术介绍

[0002]碲镉汞(Hg1‑
x
Cd
x
Te)三元材料是一种重要的半导体材料，具有带隙可调、光学吸收系数大、电子迁移率高、载流子寿命长、耐高温等优点，卓越的性能使碲镉汞成为制造红外焦平面器件一种非常重要的材料，多年来一直是制备红外探测器的首选，被广泛应用于航空航天、天气预报、医学生物工程、环境保护等领域当中。
[0003]碲镉汞材料通常分为P型和N型两种导电类型，P型导电类型为汞空位掺杂或其它受主型杂质掺杂所致，N型导电类型为碲镉汞材料剩余施主杂质或碲镉汞材料晶格损伤所致。在碲镉汞材料的外延制备过程中，由于其生长方式自身的特点，富碲液相外延时，生长腔内的富碲状态导致外延生长得到的碲镉汞薄膜材料表现为强P型导电类型(液氮温度下P型载流子浓度≥1
×
10
17
cm
‑3)，无法将其直接应用于制备碲镉汞n
‑
on
‑
p型光伏器件。因此，碲镉汞外延薄膜材料的电学性能通常需要通过热处理工艺加以处理，使碲镉汞材料中的载流子浓度调整到合适的水平，获得P型载流子浓度在5
×
10
15
cm
‑3～5
×
10
16
cm
‑3的外延薄膜材料，才能满足制备碲镉汞n
‑
on
‑
p型光伏器件的要求。
[0004]现有技术中，碲镉汞材料的P型热处理方法有三种：
①
富汞热处理，该方法需要快速的降温，否则会在碲镉汞材料表面产生电学参数的波动层，特别是在P型载流子<3
×
10
15
cm
‑3时，碲镉汞外延材料液氮温度下测得的霍尔载流子浓度易显N型导电特性，电学参数不稳定。
②
碲化汞粉末源热处理，采用碲化汞粉末作为源，在热处理过程中对碲镉汞样品提供汞蒸气和碲蒸气，碲化汞粉末源热处理方法对于装载样品的石墨盒的气密性很高的要求，当石墨盒气密性不佳、或碲化汞粉末不足时，碲镉汞材料的P型载流子浓度难以调节到一个较低水平(如小于5
×
10
15
cm
‑3)，且在热处理的过程中需要使用大量的碲化汞粉末，增加了生产成本。
③
宽禁带覆盖层后真空热处理方法是在碲镉汞样品的表面通过镀膜的方式覆盖一层宽禁带的覆盖层材料，然后再将样品放置于真空或一定气氛的环境中进行保温热处理，在热处理的过程中不需要额外的增加汞珠或碲化汞粉末源。宽禁带覆盖层后真空热处理方法得到碲镉汞P型材料的载流子浓度与退火温度有很好的相关性，但这种热处理方式会在碲镉汞表面形成1微米到2微米后的缺陷层，在n
‑
on
‑
P型碲镉汞光伏器件制备过程中需要将缺陷层去掉后才能使用，增加了生产成本和工艺难度。
[0005]由此，目前需要有一种方案来解决现有技术中所存的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种碲镉汞材料的P型热处理方法，至少可以解决现有技术中存在的部分问题。
[0007]为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：
[0008]一种碲镉汞材料的P型热处理方法，包括如下的步骤：
[0009]S1：将碲镉汞材料在第一温度条件下的富汞气氛中进行热处理第一时间；
[0010]S2：将上述热处理后的碲镉汞材料在第二温度条件下进行真空退火处理第二时间，即可得到P型碲镉汞材料。
[0011]作为本专利技术所述的一种碲镉汞材料的P型热处理方法的优选方案，其中：所述步骤S1中热处理时间与碲镉汞材料的厚度关系为：t＝0.06889
×
d2+9.2，其中t为热处理时间，单位为小时，d为碲镉汞材料厚度，单位为微米。
[0012]作为本专利技术所述的一种碲镉汞材料的P型热处理方法的优选方案，其中：所述步骤S1中第一温度为200℃～240℃，第一时间为10
‑
25h。
[0013]作为本专利技术所述的一种碲镉汞材料的P型热处理方法的优选方案，其中：
[0014]所述步骤S2中第二温度为200℃～300℃，第二时间为5
‑
10h。
[0015]作为本专利技术所述的一种碲镉汞材料的P型热处理方法的优选方案，其中：所述P型碲镉汞材料在液氮温度条件下的P型载流子浓度与步骤S2中真空退火温度的关系为：P＝(2
×
10
15
)+(T/16.726)
×
(2.312
×
10
14
)，其中P为碲镉汞P型载流子浓度，单位为cm
‑3，T为热处理温度，单位为K。
[0016]作为本专利技术所述的一种碲镉汞材料的P型热处理方法的优选方案，其中：所述P型碲镉汞材料在液氮温度条件下的P型载流子浓度控制在3
×
10
15
cm
‑3至2
×
10
16
cm
‑3之间。
[0017]作为本专利技术所述的一种碲镉汞材料的P型热处理方法的优选方案，其中：在热处理之前对碲镉汞材料进行表面预处理。
[0018]作为本专利技术所述的一种碲镉汞材料的P型热处理方法的优选方案，其中：表面预处理具体包括：使用体积百分比为0.1～1％浓度的溴醇在0～25℃温度下对碲镉汞外延材料表面进行5～30s的表面处理。
[0019]作为本专利技术所述的一种碲镉汞材料的P型热处理方法的优选方案，其中：真空退火处理采用的装置是气密性良好的石墨盒。
[0020]本专利技术的有益效果如下：
[0021]1、本专利技术通过两步法对碲镉汞材料进行退火热处理，并同时控制退火热处理的温度与时间，能够解决富汞热处理后P型碲镉汞材料电学参数不稳定的技术问题。
[0022]2、本专利技术通过对退火热处理的温度及时间进行控制，可以在一定温度范围内精确控制液氮温度下碲镉汞P型材料的载流子浓度，并可实现良好的批次稳定性，提高了碲镉汞材料退火热处理的良品率，非常适合批量生产使用，降低了生产成本。
[0023]3、本专利技术还提供了热处理时间与碲镉汞材料厚度的关系式，以及P型碲镉汞材料在液氮温度条件下的P型载流子浓度与步骤S2中真空退火温度的关系式，能够方便快速地对碲镉汞材料的热处理工艺条件进行调整，以获得所需的P型载流子浓度。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碲镉汞材料P型热处理方法，其特征在于，包括如下的步骤：S1：将碲镉汞材料在第一温度条件下的富汞气氛中进行热处理第一时间；S2：将上述热处理后的碲镉汞材料在第二温度条件下进行真空退火处理第二时间，即可得到P型碲镉汞材料。2.根据权利要求1所述的一种碲镉汞材料P型热处理方法，其特征在于，步骤S1中热处理时间与碲镉汞材料的厚度关系为：t＝0.06889
×
d2+9.2，其中t为热处理时间，单位为小时，d为碲镉汞材料厚度，单位为微米。3.根据权利要求1或2所述的一种碲镉汞材料P型热处理方法，其特征在于，步骤S1中第一温度为200℃～240℃，第一时间为10
‑
25h。4.根据权利要求1所述的一种碲镉汞材料P型热处理方法，其特征在于，步骤S2中第二温度为200℃～300℃，第二时间为5
‑
10h。5.根据权利要求1所述的一种碲镉汞材料P型热处理方法，其特征在于，所述P型碲镉汞材料在液氮温度条件下的P型载流子浓度与步骤S2中真空退火温度的关系为：P＝(2
×
10

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晟，黄立，杨朝臣，张冰洁，刘永锋，周文洪，
申请(专利权)人：武汉高芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：