專利名稱：碲鎘汞光伏探測(cè)器深能級(jí)缺陷的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外探測(cè)器的檢測(cè)技術(shù)，具體是指一種檢測(cè)碲鎘汞紅外探測(cè)器 深能級(jí)缺陷的方法。
背景技術(shù)：
碲鎘滎(HgCdTe)紅外探測(cè)器在軍事及航天領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值，對(duì) 器件性能要求也很高。而紅外探測(cè)器中的pn結(jié)由于深能級(jí)缺陷的存在，使器件 的少子壽命、電學(xué)噪聲等性質(zhì)受到影響，從而也影響到器件性能，限制了它的 應(yīng)用。因此檢測(cè)碲鎘汞光伏探測(cè)器中的深能級(jí)缺陷就變得尤為重要。
目前研究碲鎘汞器件中深能級(jí)雜質(zhì)和缺陷的方法大多是電學(xué)方法，這種電 學(xué)方法是把碲鎘汞光伏器件所有的暗電流途徑都含在其中的，即有擴(kuò)散電流、 產(chǎn)生復(fù)合電流、直接隧穿電流、陷阱輔助隧穿電流，難以把由深能級(jí)陷阱引起 的輔助隧穿暗電流獨(dú)立地表征出來(lái)，這種表征深能級(jí)缺陷的方法不可避免地存 在誤差。另外也有一些方法直接確定深能級(jí)的能級(jí)位置和濃度，但所確定的深 能級(jí)不一定都對(duì)器件暗電流有貢獻(xiàn)，這樣得出來(lái)的深能級(jí)缺陷不能準(zhǔn)確反映出 對(duì)器件性能的影響。而且一般的光學(xué)方法只能測(cè)出較大范圍的深能級(jí)狀態(tài)，難 以定位到只有幾微米的pn結(jié)區(qū)進(jìn)行測(cè)量，很難測(cè)定pn結(jié)區(qū)這樣區(qū)域性的小尺 度范圍的深能級(jí)狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
由于現(xiàn)有檢測(cè)方法不能表征對(duì)器件暗電流有貢獻(xiàn)的深能級(jí)缺陷，本發(fā)明的 目的是提出一種檢測(cè)深能級(jí)缺陷的方法，該方法不僅能測(cè)定小尺度范圍的pn結(jié)
的深能級(jí)狀態(tài)，而且能將深能級(jí)引起的陷阱輔助隧穿電流獨(dú)立表征出來(lái)。 本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下
1. 從樣品p區(qū)兩端引出激光束誘導(dǎo)電流(LBIC)的測(cè)試電極，將樣品放入
杜瓦，通過(guò)液氮和控溫儀調(diào)節(jié)使樣品處于較低溫度下。
2. 通過(guò)二維微移動(dòng)平臺(tái)6調(diào)節(jié)杜瓦5位置，在高倍物鏡4和CCD相機(jī)3觀察 下，將激光聚焦到杜瓦中的pn結(jié)樣品所在處，使掃描線沿樣品中心線。
3. 將激光功率逐漸調(diào)大打在樣品上，結(jié)合相敏檢測(cè)技術(shù)(鎖相放大器+機(jī) 械斬波器)，記錄激光沿樣品中心線掃描時(shí)的電流和位置的關(guān)系曲線。當(dāng)激光增 大到某一較強(qiáng)功率時(shí)，在pn結(jié)區(qū)引起較高的載流子濃度，對(duì)pn結(jié)區(qū)某些對(duì)于隧 穿有很強(qiáng)增強(qiáng)效應(yīng)的深能級(jí)進(jìn)行了激活，使得隧穿電流急劇上升，這時(shí)電流曲 線上會(huì)出現(xiàn)反常的線形。
4. 在此較強(qiáng)激光造成的反常曲線基礎(chǔ)上，除去常規(guī)的激光束誘導(dǎo)電流的信 號(hào)，剩下的即為深能級(jí)缺陷引起的陷阱輔助隧穿電流，可作為判斷樣品中深能 級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，此電流值越大，樣品中深能級(jí)缺陷數(shù)目越多，其數(shù)值的確定可根據(jù) 需要而定。
本發(fā)明專利的優(yōu)點(diǎn)在于
1. 目前的方法都是一種電學(xué)方法，電學(xué)方法是把所有的暗電流途徑都含在 其中的，難以把由深能級(jí)引發(fā)的暗電流獨(dú)立表征出來(lái)，而我們的方法是通過(guò)光 生載流子對(duì)于深能級(jí)的激活導(dǎo)致把深能級(jí)引發(fā)的暗電流變化量直接檢測(cè)到(因 為其他暗電流機(jī)理不會(huì)受到光生載流子影響)，這樣就把與深能級(jí)直接關(guān)聯(lián)的暗 電流拿到了，也就同時(shí)從該暗電流變化大小直接獲得了深能級(jí)密度；
2. 也有一些方法直接確定深能級(jí)的能級(jí)位置和濃度，但所確定的深能級(jí)不 一定都對(duì)器件暗電流有同等的貢獻(xiàn)，我們的方法是僅僅將那些對(duì)暗電流有直接
貢獻(xiàn)的深能級(jí)反映出來(lái)了，沒(méi)有貢獻(xiàn)的深能級(jí)不會(huì)被反映出來(lái)，因?yàn)槲覀冇^測(cè)
的就直接是器件的暗電流，而且是p-n結(jié)區(qū)的深能級(jí)狀態(tài)(由我們的測(cè)量空間分 辨率決定了)，這樣的區(qū)域性分辨的小尺度范圍內(nèi)深能級(jí)狀態(tài)用光學(xué)方法非常難 測(cè)定，而我們的方法就是直接針對(duì)p-n結(jié)區(qū)的深能級(jí)進(jìn)行測(cè)定的。


圖1為待測(cè)碲鎘汞樣品的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為檢測(cè)采用的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖中l(wèi).激光器，2.斬波器，3.CCD相機(jī)，4.高倍物鏡，5.杜瓦，6.二維微移 動(dòng)平臺(tái)，7.鎖相放大器，8.控溫儀，9.步進(jìn)臺(tái)控制器，IO.計(jì)算機(jī)。
圖3為深能級(jí)引起的陷阱輔助隧穿電流圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。 本例通過(guò)顯微-拉曼光譜儀的高倍物鏡4和CCD相機(jī)3觀察，將激光聚焦在小 尺寸的pn結(jié)區(qū)，由步進(jìn)臺(tái)控制器9帶動(dòng)二維微移動(dòng)平臺(tái)6上的杜瓦5中樣品移動(dòng)， 使得激光束沿pn結(jié)中心線掃描，通過(guò)兩個(gè)遠(yuǎn)端的p區(qū)測(cè)試電極將電流信號(hào)引出， 鎖相放大器7讀出微弱的電流信號(hào)，自編程序?qū)⒂涗洅呙枳卟脚c電流的數(shù)據(jù)，最 后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到深能級(jí)輔助隧穿的暗電流。 具體步驟如下
1. 待測(cè)樣品是碲鎘汞光伏器件列陣的，從樣品邊緣p型材料上表面引出兩 個(gè)遠(yuǎn)端的電極，如圖1所示。將樣品放入杜瓦5中，將杜瓦抽真空，灌液氮。
2. 將杜瓦5放在走步精度為0.1pm的二維微移動(dòng)平臺(tái)6上，測(cè)試電極通過(guò) BNC接線到2tol轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器通過(guò)BNC接線到鎖相A接口上，斬波器2通過(guò)BNC 接線接到鎖相參考輸入口，步進(jìn)臺(tái)控制器9置于手動(dòng)檔，鎖相接到計(jì)算機(jī)10相應(yīng) 接口上。實(shí)驗(yàn)的裝置如圖2所示。
3. 打開光譜儀觀察用的電腦程序Labspec，在主窗口出現(xiàn)被測(cè)器件的放大 圖像。調(diào)節(jié)二維微移動(dòng)平臺(tái)6下的聚焦螺旋，調(diào)至圖像清晰。手動(dòng)調(diào)節(jié)步進(jìn)臺(tái)控 制器9和杜瓦5，使步進(jìn)掃描x軸沿圖l所示的樣品線列陣AB方向。移到pn結(jié)所在 處，關(guān)閉白光，打開激光源，打開激光衰減片，看激光聚焦情況，調(diào)節(jié)至光點(diǎn) 為最小。
4. 通過(guò)控溫儀8使溫度穩(wěn)定在120K。將斬波器2放入光路中，設(shè)置頻率為 1723Hz，不能是交流電頻率50Hz的倍數(shù)，以免有交流噪聲影響測(cè)量的微弱電流 信號(hào)。設(shè)置激光衰減片為D0.3，使激光強(qiáng)度達(dá)到5xl(^W/cm2，移動(dòng)步進(jìn)臺(tái)控制 器9，改變激光打在樣品上的位置，觀察鎖相輸出電流的最大值為多少，根據(jù)該 值設(shè)定量程，使最大電流大于量程的一半，這樣得到的電流值較為準(zhǔn)確。
5. 使步進(jìn)臺(tái)控制器9處于自動(dòng)檔，運(yùn)行數(shù)據(jù)采集程序。選擇掃描方向沿x 軸掃描，電腦通過(guò)控制口使二維微移動(dòng)平臺(tái)6沿x軸移動(dòng)，平臺(tái)移動(dòng)精度可以達(dá) 到為O.lpm，這樣能滿足小尺寸的pn結(jié)區(qū)的測(cè)量要求。
6. 測(cè)量完后，電腦中采集的數(shù)據(jù)有四列，分別為位置，鎖相輸出的電流值 的x， r， 0。采用第一列和第二列數(shù)據(jù)作圖，得到的圖是溫度為120K,激光功率 為5xl(^W/cn^下的電流圖。由于理想pn結(jié)的曲線是在pn結(jié)邊界處對(duì)應(yīng)電流的極 大極小值，可在此數(shù)據(jù)圖中根據(jù)pn結(jié)尺寸的大小和電流曲線做出沒(méi)有深能級(jí)缺 陷的常規(guī)激光束誘導(dǎo)電流圖，這樣兩者之間的差別很明顯，在pn結(jié)邊界處的差 值就是由深能級(jí)陷阱輔助隧穿引起的暗電流，如圖3所示。該值可作為判斷樣品 中深能級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，此電流值越大，樣品中深能級(jí)缺陷數(shù)目越多。
權(quán)利要求
1. 一種碲鎘汞紅外探測(cè)器深能級(jí)缺陷的檢測(cè)方法，它利用微米尺度激光光斑激發(fā)光伏器件pn區(qū)光生載流子，形成對(duì)pn結(jié)區(qū)深能級(jí)的激活，并通過(guò)激活的深能級(jí)對(duì)暗電流增強(qiáng)的效應(yīng)獲取深能級(jí)特性，其特征在于該檢測(cè)方法的具體步驟如下A. 從樣品p區(qū)兩端引出激光束誘導(dǎo)電流(LBIC)的測(cè)試電極，將樣品放入杜瓦，通過(guò)液氮和控溫儀調(diào)節(jié)使樣品處于較低溫度下；B. 通過(guò)二維微移動(dòng)平臺(tái)(6)調(diào)節(jié)杜瓦(5)位置，在高倍物鏡(4)和CCD相機(jī)(3)觀察下，將激光聚焦到杜瓦中的pn結(jié)樣品所在處，使掃描線沿樣品中心線；C. 將激光功率逐漸調(diào)大打在樣品上，結(jié)合相敏檢測(cè)技術(shù)(鎖相放大器+機(jī)械斬波器)，記錄激光沿樣品中心線掃描時(shí)的電流和位置的關(guān)系曲線，當(dāng)激光增大到某一較強(qiáng)功率時(shí)，在pn結(jié)區(qū)引起較高的載流子濃度，對(duì)pn結(jié)區(qū)某些對(duì)于隧穿有很強(qiáng)增強(qiáng)效應(yīng)的深能級(jí)進(jìn)行了激活，使得隧穿電流急劇上升，這時(shí)電流曲線上會(huì)出現(xiàn)反常的線形；D. 在此較強(qiáng)激光造成的反常曲線基礎(chǔ)上，除去常規(guī)的激光束誘導(dǎo)電流的信號(hào)，剩下的即為深能級(jí)缺陷引起的陷阱輔助隧穿電流，可作為判斷樣品中深能級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，此電流值越大，樣品中深能級(jí)缺陷數(shù)目越多。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測(cè)碲鎘汞紅外探測(cè)器深能級(jí)缺陷的檢測(cè)方法，它是基于在激光輻照下，深能級(jí)被激活引起隧穿電流的原理，采用相敏檢測(cè)技術(shù)(鎖相放大器+機(jī)械斬波器)得到激光輻照下的反常電流信號(hào)，并除去常規(guī)的激光束誘導(dǎo)電流信號(hào)，剩下的即為深能級(jí)缺陷引起的陷阱輔助隧穿電流，可作為判斷樣品中深能級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，此電流值越大，樣品中深能級(jí)缺陷數(shù)目越多。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能獨(dú)立表征對(duì)器件暗電流有貢獻(xiàn)的深能級(jí)缺陷特性。
文檔編號(hào)G01R31/00GK101377533SQ200810200210
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月22日
發(fā)明者波 張, 寧 李, 李天信, 李志鋒, 菲 殷, 甄紅樓, 衛(wèi) 陸, 陳平平, 陳效雙 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所