第1章 概述 1
1.1 红外探测器材料 1
1.2 碲镉汞材料制备技术的发展 3
1.3 碲镉汞材料物理与技术 7
参考文献 9
第2章 碲镉汞材料的基本特性 11
2.1 碲镉汞材料的基本结构特性 11
2.2 碲镉汞材料能带结构 14
2.3 碲镉汞材料的功函数 16
2.4 碲镉汞材料的热学特性 18
2.4.1 碲镉汞材料的基本热参数 18
2.4.2 碲镉汞材料中原子的热扩散特性 21
2.5 碲镉汞材料的力学特性 27
参考文献 29
第3章 碲镉汞材料相图 32
3.1 固—液两相平衡体系相图 33
3.2 液—气两相平衡体系相图 36
3.3 固—液—气三相平衡体系相图 36
3.4 固—气两相平衡体系相图 37
3.5 相图的理论计算 38
3.6 有关碲镉汞相图需要补充说明的问题 39
参考文献 40
第4章 碲镉汞材料的缺陷 41
4.1 点缺陷 41
4.2 线缺陷 45
4.2.1 穿越位错 50
4.2.2 界面失配位错 53
4.2.3 微缺陷 55
4.3 面缺陷和层状缺陷 57
4.4 体缺陷 57
4.5 表面缺陷 58
4.6 碲镉汞缺陷的观察和测量方法 60
参考文献 62
第5章 碲镉汞材料的光学特性 65
5.1 光学常数 65
5.2 红外透射光谱 69
5.2.1 碲镉汞体材料 70
5.2.2 HgCdTe/CdZnTe外延材料 71
5.2.3 HgCdTe/CdTe/GaAs外延材料 73
5.2.4 具有组分梯度的碲镉汞外延材料 75
5.2.5 多层碲镉汞外延材料的红外透射光谱 80
5.3 红外反射光谱 81
5.4 椭圆偏振光谱 82
5.5 光致发光光谱 83
5.6 喇曼光谱 84
参考文献 84
第6章 碲镉汞材料的电学特性 87
6.1 半导体材料电学性能的基础知识 88
6.1.1 单种载流子导电 88
6.1.2 载流子的迁移率与散射机制 88
6.1.3 两种载流子导电 89
6.1.4 载流子非均匀分布材料的电学性能 90
6.1.5 多种载流子导电材料的电学性能 95
6.1.6 载流子导电特性与温度的关系 96
6.1.7 表面层的电学性能 99
6.1.8 载流子的产生与复合 99
6.2 本征材料的电学性能 103
6.3 非掺杂碲镉汞材料的电学性能 104
6.3.1 载流子浓度和迁移率 104
6.3.2 少数载流子寿命 107
6.3.3 少数载流子扩散长度 110
6.4 掺杂碲镉汞材料的电学性能 111
6.4.1 N型掺杂材料 111
6.4.2 P型掺杂材料 112
6.5 碲镉汞材料电学性能测试结果的评价 113
参考文献 115
第7章 碲镉汞材料生长及相关的材料物理特性 119
7.1 材料生长 119
7.2 材料生长的相图 123
7.3 材料生长的驱动力 126
7.4 材料的固—液界面 127
7.5 材料的表面特性 129
7.6 材料的边界层 132
7.7 外延材料的晶格失配和临界厚度 133
参考文献 138
第8章 碲镉汞液相外延技术 139
8.1 液相外延的相图 141
8.2 液相外延的理论描述 141
8.3 富碲推舟式液相外延 143
8.3.1 外延过程的理论计算 146
8.3.2 富碲推舟式液相外延中的一些工艺问题 148
8.3.3 富碲推舟式液相外延的设备 148
8.4 富碲垂直浸渍式液相外延 149
8.5 富汞垂直浸渍式液相外延 152
8.6 倾舟式液相外延 153
8.7 碲镉汞液相外延的相关技术 155
8.7.1 富碲液相外延的掺杂技术 155
8.7.2 表面形貌和表面缺陷的控制技术 156
8.7.3 位错密度的控制 157
8.7.4 Mosaic结构衬底上的碲镉汞液相外延 161
8.7.5 双层碲镉汞液相外延技术 161
8.7.6 Si基碲镉汞液相外延技术 162
8.8 碲镉汞液相外延技术的优势和局限性 163
参考文献 165
第9章 碲镉汞分子束外延技术 167
9.1 分子束外延系统的设备和相关技术手段 168
9.1.1 真空系统 168
9.1.2 束源炉 169
9.1.3 样品架 170
9.1.4 实时监测装置 171
9.2 碲镉汞分子束外延的常规工艺 174
9.3 分子束外延的基本原理和理论描述方法 180
9.3.1 蒙特卡洛方法 181
9.3.2 分子束外延的热力学描述 182
9.4 碲镉汞分子束外延的相关技术 185
9.4.1 原位掺杂技术 186
9.4.2 分子束外延的原位热处理技术 188
9.4.3 表面原位钝化技术 188
9.4.4 碲镉汞组分异质外延技术 188
9.4.5 异质衬底外延技术 189
9.4.6 CdTe/Si复合衬底技术 193
9.4.7 Si读出电路上的外延技术 193
9.4.8 原位表面处理技术 194
9.4.9 区域选择生长技术的研究 194
参考文献 196
第10章 碲镉汞体材料和气相外延生长技术 200
10.1 体材料生长技术 200
10.1.1 布里奇曼法 201
10.1.2 固态再结晶法 202
10.1.3 碲溶剂生长技术 202
10.1.4 体材料的局限性 203
10.2 碲镉汞金属有机化学气相沉积法 203
10.2.1 MOCVD的基本原理 204
10.2.2 碲镉汞MOCVD设备介绍 205
10.2.3 碲镉汞MOCVD的工艺和生长机制 206
10.2.4 衬底及取向对MOCVD技术的影响 208
10.2.5 碲镉汞MOCVD技术的掺杂 209
10.3 碲镉汞等温气相外延法 210
参考文献 212
第11章 碲锌镉衬底材料的制备和性能 214
11.1 碲锌镉材料的基本物理性能 214
11.2 碲锌镉衬底材料基本特性的评价 216
11.3 碲锌镉材料的生长方法 218
11.4 碲锌镉材料的缺陷 221
11.4.1 体缺陷及其检测技术 221
11.4.2 碲锌镉材料沉淀物缺陷的形成机理 224
11.4.3 碲锌镉材料中的微缺陷 228
11.4.4 碲锌镉材料的点缺陷 237
11.4.5 碲锌镉材料的面缺陷 237
11.5 碲锌镉材料的热处理技术 238
11.6 碲锌镉衬底材料性能对碲镉汞外延材料质量的影响 240
11.7 碲锌镉衬底制备技术的发展 240
参考文献 241
第12章 碲镉汞材料的热处理技术 244
12.1 控制汞空位浓度的热处理技术 244
12.1.1 闭管汞源热处理技术 245
12.1.2 汞碲源闭管热处理技术 247
12.1.3 开管汞源热处理技术 248
12.1.4 宽禁带覆盖层的真空热处理技术 249
12.1.5 HgTe粉末源热处理技术 250
12.1.6 汞空位热处理工艺需要注意的问题 252
12.2 碲镉汞掺杂材料的热处理技术 253
12.2.1 In掺杂材料的热处理 253
12.2.2 As掺杂激活热处理技术 253
12.2.3 H+掺杂热处理技术 256
12.3 表面掺杂热处理技术 257
12.4 缺陷和表面钝化相关的热处理技术 257
12.4.1 闭管高温热处理技术 257
12.4.2 MBE原位高温热处理技术 259
12.4.3 Hg-Cd源热处理技术 259
12.4.4 CdTe钝化层的热处理技术 260
12.4.5 马赛克结构材料的热处理技术 261
12.5 表面注入或刻蚀后的材料热处理工艺 262
12.6 热处理工艺的复杂性和需要进一步思考的问题 265
参考文献 266
第13章 碲镉汞材料制备的基础工艺技术 268
13.1 原材料的质量控制 268
13.2 配料 269
13.3 材料的清洗和腐蚀 270
13.4 抛光 273
13.5 粘片 274
13.6 材料切割技术 275
13.7 单点金刚石旋转切削加工技术 277
13.8 材料的刻蚀 278
13.9 离子注入 280
13.10 石英和玻璃的处理 281
13.11 石墨的选择与处理 283
13.12 合成 284
13.13 加热和控温技术 284
13.13.1 加热和保温 284
13.13.2 温度控制技术 285
13.13.3 温度测量技术 288
13.14 真空技术 289
13.15 净化环境的控制 297
13.16 高纯气体和去离子水使用技术 298
13.17 设备故障排除技术 300
参考文献 301
第14章 碲镉汞材料物理性能的检测技术 304
14.1 电学性能测试 304
14.1.1 霍耳测试技术 304
14.1.2 深能级瞬态谱测试技术 307
14.2 红外光谱仪测试技术 309
14.3 光电检测技术 310
14.3.1 光电导衰退测量技术 311
14.3.2 微波反射光电导衰退检测技术 312
14.3.3 光束感应和电子束感应电流谱测试技术 313
14.4 X射线衍射技术 314
14.4.1 X射线衍射的基本知识 315
14.4.2 X射线摇摆曲线 317
14.4.3 晶格常数的测量 318
14.4.4 位错密度的测量 318
14.4.5 双晶衍射用于双层组分异质结构特性的测量 320
14.4.6 X射线倒空间矢量分布图分析技术 321
14.4.7 X射线貌相分析 323
14.4.8 X射线荧光分析 325
14.4.9 X射线粉末衍射 325
14.5 显微观察与分析技术 326
14.5.1 光学显微术 326
14.5.2 X射线光电子能谱 329
14.5.3 电子显微术 329
14.5.4 探针扫描显微术 332
14.6 质谱分析技术 333
14.6.1 二次离子质谱 334
14.6.2 辉光放电质谱 336
14.6.3 四极质谱 337
14.7 原子光谱技术 337
14.8 热分析方法 338
14.9 物性检测结果的评价 338
参考文献 340
第15章 碲镉汞材料参数对器件性能的影响 341
15.1 材料尺寸 341
15.2 平整度和粗糙度 343
15.3 晶向 344
15.4 组分 345
15.5 电学参数 348
15.5.1 导电类型 348
15.5.2 载流子浓度和迁移率 349
15.6 少子寿命 351
15.7 透过率 353
15.8 缺陷 354
15.9 双晶半峰宽 358
15.10 X射线貌相 359
15.11 非均匀性 360
15.12 表面和界面 361
15.13 力学特性 363
参考文献 365
第16章 碲镉汞器件性能与材料参数的关系 367
16.1 漏电流 372
16.1.1 扩散电流 372
16.1.2 产生复合电流 374
16.1.3 隧道电流 378
16.1.4 碰撞激化电离电流 380
16.1.5 表面漏电流 382
16.2 品质参数ROA 386
16.3 响应率及响应光谱 390
16.3.1 填充因子 391
16.3.2 表面反射 392
16.3.3 光的吸收效率和光生载流子的复合效应 393
16.3.4 其他一些影响因素 396
16.4 噪声和噪声等效温差 398
16.5 探测率 402
16.6 增益 405
16.7 带宽 408
16.8 非均匀性和盲元率 409
16.9 串音 411
16.10 抗环境冲击性能 413
16.11 总结 414
参考文献 416
第17章 碲镉汞器件结构与材料制备工艺的关系 421
17.1 n+-on-p平面结器件 422
17.2 ？+-on-p台面结器件 424
17.3 ？+-on-n台面结器件 424
17.4 ？+-on-n平面结器件 425
17.5 n+/p高密度垂直集成光电器件 426
17.6 全台面隔离器件 427
17.7 高温工作器件 428
17.8 顺序读出双色器件 430
17.9 同步读出的双色器件 432
17.10 三色碲镉汞红外焦平面器件 434
17.11 雪崩焦平面器件 435
17.12 多pn结的大光敏元器件 436
17.13 HgTe/CdTe超晶格器件 438
17.14 ？+Bn型光电器件 438
17.15 单片集成式器件 439
17.16 碲镉汞红外焦平面材料和器件的发展 439
参考文献 446
附录 449
参考文献 459