碲锌镉晶体生长温度梯度与界面形状稳定性关系的研究

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作者 曹聪 刘江高 +4 位作者 范叶霞 李振兴 周振奇 马启司 牛佳佳 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第4期641-648,共8页

碲锌镉晶体被广泛用作红外探测器碲镉汞薄膜的外延衬底和制造室温核辐射探测器。在晶体生长过程中,界面形状与热量传输状态密切相关。本文结合数值模拟技术控制碲锌镉晶体生长过程中温度场分布,设计了垂直布里奇曼法和垂直温度梯度凝固... 碲锌镉晶体被广泛用作红外探测器碲镉汞薄膜的外延衬底和制造室温核辐射探测器。在晶体生长过程中,界面形状与热量传输状态密切相关。本文结合数值模拟技术控制碲锌镉晶体生长过程中温度场分布,设计了垂直布里奇曼法和垂直温度梯度凝固法微凸固液界面的晶体生长程序,并根据实际晶体生长实验,分析了晶体生长方法差异与碲锌镉晶体单晶率之间的关系。通过光致发光谱进行成分测试获得了碲锌镉晶体等径段纵截面中Zn值分布谱图,以研究固液界面温度场分布与晶体Zn值宏观偏析之间的关系。结果表明,在晶体生长过程中固液界面两侧温场梯度分布对界面的形状选择和稳定性有重要影响,更大的固相侧温度梯度有助于实现稳定的凸界面晶体生长,从而提高晶体成晶率。 展开更多

关键词 碲锌镉晶体 数值模拟 晶体生长 界面形状 界面稳定性 宏观偏析

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基于X射线衍射形貌术的碲锌镉晶体样品制备方法研究

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作者 王琰璋 刘江高 +3 位作者 李振兴 柏伟 李乾 折伟林 《红外》 CAS 2024年第9期23-28,共6页

基于传统X射线衍射形貌术(X-Ray diffraction Topography,XRT)的碲锌镉晶体样品制备方法是通过对测试晶片进行磨抛加工,获得满足测试条件的表面。随着单晶晶片尺寸的增大,晶片磨抛加工的难度变大、耗时变长,而且还容易导致晶片损坏。针... 基于传统X射线衍射形貌术(X-Ray diffraction Topography,XRT)的碲锌镉晶体样品制备方法是通过对测试晶片进行磨抛加工,获得满足测试条件的表面。随着单晶晶片尺寸的增大,晶片磨抛加工的难度变大、耗时变长,而且还容易导致晶片损坏。针对上述问题,通过对切割研磨后的晶片腐蚀方法进行研究,获得了一种新的XRT样品制备方法。该方法能够快速去除晶片的表面损伤,获得满足XRT测试要求的晶片表面,大幅减小制样难度并缩短制样时间。使用该方法制备的样品X射线衍射形貌图像衬度均匀、信噪比较好,各类型晶体缺陷均可被检测出来。此技术能够很好地应用于大尺寸碲锌镉晶片的后续筛选和加工。 展开更多

关键词 碲锌镉晶体 X射线衍射形貌术 晶体缺陷

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基于CGSim模拟的炉膛空气对流对碲锌镉晶体生长温场影响研究

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作者 马启司 刘江高 +5 位作者 折伟林 曹聪 张立超 赵超 范叶霞 周振奇 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第8期1344-1351,1360,共9页

碲锌镉晶体生长周期长、生长体系复杂,采用垂直布里奇曼法或者垂直温度梯度法生长碲锌镉(CdZnTe)晶体材料时,晶体的生长过程往往无法直观观察,晶体内部的温场也缺乏相应的手段检测,这对改进晶体生长工艺带来了诸多不便。利用计算机仿真... 碲锌镉晶体生长周期长、生长体系复杂,采用垂直布里奇曼法或者垂直温度梯度法生长碲锌镉(CdZnTe)晶体材料时,晶体的生长过程往往无法直观观察,晶体内部的温场也缺乏相应的手段检测,这对改进晶体生长工艺带来了诸多不便。利用计算机仿真能够将晶体生长的过程重构或再现。本文利用数值模拟软件,在晶体生长炉模型顶部塞子和底部塞子中心开孔,通过调节孔径大小(20~40 mm),对炉膛内气体的对流行为进行了规律性的调控。开孔前,炉膛内气体流速极低(只有10^(-5) m/s),形成流动缓慢、形状稳定的对流胞;开孔后,炉膛内气体流速明显增加(0.25~0.90 m/s),流动状态变为层流。通过控制模型的孔径大小,可以有效改变炉膛内气体层流的流速,相同温度设定下,流速从0.25 m/s增加到0.90 m/s时,温度梯度将从0.5 K/mm增加到1.1 K/mm。在实际空炉上进行开孔测温实验,验证了模拟结果中温度梯度变大的结论。通过监控炉膛内温度随时间的变化,发现层流模式下提高流速,有利于减小炉内温度随时间的波动,提高温场稳定性。温场温度梯度的增加和稳定性的提升,将有利于高质量碲锌镉晶体的制备。 展开更多

关键词 碲锌镉 晶体生长 对流 温场 CGSim软件模拟

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高温热处理对碲锌镉衬底中Zn组分的影响

4

作者 范叶霞 刘江高 +3 位作者 张立超 周振奇 李振兴 折伟林 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期741-745,共5页

随着高性能碲镉汞红外探测器对碲锌镉衬底质量要求的不断提高,研制高质量的碲锌镉衬底材料势在必行。本文采用真空高温热处理温场与源控制的衬底高温热处理工艺,系统地研究了主要热处理参数对碲锌镉衬底中Zn组分的影响,给出了Zn组分控... 随着高性能碲镉汞红外探测器对碲锌镉衬底质量要求的不断提高,研制高质量的碲锌镉衬底材料势在必行。本文采用真空高温热处理温场与源控制的衬底高温热处理工艺,系统地研究了主要热处理参数对碲锌镉衬底中Zn组分的影响,给出了Zn组分控制的热处理经验公式,初步获得了碲锌镉衬底中Zn组分的成分控制和高组分均匀性分布的方法,提高了碲锌镉衬底质量。 展开更多

关键词 碲锌镉 性能改进 Zn组分 组分可调 组分均匀分布

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中国电科11所碲镉汞薄膜材料制备技术进展

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作者 折伟林 邢晓帅 +7 位作者 邢伟荣 刘江高 郝斐 杨海燕 王丹 侯晓敏 李振兴 王成刚 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期483-494,共12页

碲镉汞材料具有响应速度快、量子效率高、带隙连续可调等优点,广泛应用于红外探测领域,本文报道了近年来中国电科11所在碲镉汞薄膜材料制备方面的技术进展。在碲锌镉衬底材料制备方面,已突破Φ135mm碲锌镉晶体生长技术,碲锌镉衬底平均... 碲镉汞材料具有响应速度快、量子效率高、带隙连续可调等优点,广泛应用于红外探测领域,本文报道了近年来中国电科11所在碲镉汞薄膜材料制备方面的技术进展。在碲锌镉衬底材料制备方面,已突破Φ135mm碲锌镉晶体生长技术,碲锌镉衬底平均位错腐蚀坑密度(EPD)<1×10^(4)cm^(-2),具备了80mm×80mm规格碲锌镉衬底的批量生产能力。在液相外延碲镉汞薄膜制备方面,富碲水平液相外延碲镉汞薄膜平均位错腐蚀坑密度EPD<4×10^(4)cm^(-2),具备80mm×80mm规格碲镉汞薄膜的制备能力;富汞垂直液相外延实现高质量双层异质结碲镉汞薄膜材料批量化制备,该种材料的半峰宽(FWHM)控制在(20~40)arcsec范围内,碲镉汞薄膜厚度极差≤±06μm。在分子束外延碲镉汞薄膜方面,实现了6 in硅基碲镉汞材料制备,组分标准偏差≤00015,表面宏观缺陷密度≤100cm^(-2);碲锌镉基碲镉汞材料已具备50mm×50mm制备能力,组分标准偏差为0002,厚度标准偏差为0047μm。从探测器验证结果来看,基于富碲水平液相外延碲镉汞薄膜实现了1 k×1 k、2 k×2 k等规格红外焦平面探测器的工程化制备;采用双层异质结碲镉汞薄膜实现了高温工作、长波及甚长波探测器的制备;使用分子束外延制备的碲镉汞薄膜实现了27 k×27 k、54 k×54 k、8 k×8 k等规格红外焦平面探测器研制,在宇航领域有巨大的应用潜力。 展开更多

关键词 碲锌镉 碲镉汞 双层异质结 红外探测 液相外延 分子束外延

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碲锌镉晶片的X射线貌相研究

6

作者 李乾 韩岗 +3 位作者 牛佳佳 李达 刘江高 折伟林 《红外》 CAS 2024年第8期13-17,共5页

X射线貌相测试是一种针对样品晶体结构完整性的非破坏性检测手段。通过高分辨率数字式X射线形貌仪对碲锌镉(111)晶片表层进行貌相测试,通过缺陷形式及密度来评价碲锌镉晶体质量。经过大量数据分析统计出5种常见于碲锌镉晶体中的缺陷:划... X射线貌相测试是一种针对样品晶体结构完整性的非破坏性检测手段。通过高分辨率数字式X射线形貌仪对碲锌镉(111)晶片表层进行貌相测试,通过缺陷形式及密度来评价碲锌镉晶体质量。经过大量数据分析统计出5种常见于碲锌镉晶体中的缺陷:划痕、空洞、小角晶界、孪晶和杂晶。结合具体工艺阐述和分析了5类缺陷的形成原因,并针对碲锌镉晶体生长和加工工艺提出了建设性意见。这有利于获取高质量衬底材料,进而提升外延碲镉汞膜的质量。 展开更多

关键词 碲锌镉 X射线 缺陷 貌相

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碲锌镉晶体VGF法生长温场的梯度区高度设计研究 被引量：1

7

作者 刘江高 范叶霞 +4 位作者 侯晓敏 折伟林 王丛 吴卿 曹聪 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1222-1226,共5页

本文对不同梯度区高度的VGF法温场生长碲锌镉(CdZnTe)晶体过程进行了稳态和非稳态仿真模拟分析。研究发现,晶体生长等径初期界面凸度随着梯度区高度的增加而减小;等径末期界面凸度受梯度区高度的影响不大;界面的凸度与固液界面温度梯度... 本文对不同梯度区高度的VGF法温场生长碲锌镉(CdZnTe)晶体过程进行了稳态和非稳态仿真模拟分析。研究发现,晶体生长等径初期界面凸度随着梯度区高度的增加而减小;等径末期界面凸度受梯度区高度的影响不大;界面的凸度与固液界面温度梯度变化率正相关。非稳态模拟结果显示,现有变温条件下,晶体生长过程中固液界面凸度存在先增大后减小的趋势,趋势转变点接近梯度区高度中点;界面形状的变化趋势受固液界面上生长速度分布直接影响;对比而言,10 cm高的梯度区更容易实现前中期固液界面凸界面的获得,利于形成高单晶率CdZnTe晶体。 展开更多

关键词 碲锌镉晶体 垂直梯度凝固法 温场设计

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大规模红外焦平面阵列探测器的有效像元率研究

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作者 谢珩 周铭 +1 位作者 李春领 刘江高 《红外》 CAS 2023年第6期1-6,共6页

随着大规模红外焦平面阵列探测器应用的日益广泛,用户对其有效像元率指标提出了越来越高的要求。分析了有效像元率提升的难点。通过优化基于垂直布里奇曼法的衬底生长以及表面加工等工艺,提高了液相外延材料质量,获得了低缺陷中波碲镉... 随着大规模红外焦平面阵列探测器应用的日益广泛,用户对其有效像元率指标提出了越来越高的要求。分析了有效像元率提升的难点。通过优化基于垂直布里奇曼法的衬底生长以及表面加工等工艺,提高了液相外延材料质量,获得了低缺陷中波碲镉汞薄膜外延材料;通过开发碲镉汞探测器背面平坦化工艺和优化探测器与读出电路倒装互连工艺,提高了成品率。最终提升了有效像元率指标(大于99.8%),获得了良好的效果。 展开更多

关键词 有效像元率 红外焦平面阵列 液相外延 倒装互连

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碲锌镉晶体生长全局热传递模拟模型准确度研究 被引量：4

9

作者 刘江高 吴卿 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期343-347,共5页

在碲锌镉晶体生长技术开发方面,数值模拟软件发挥着越来越重要的作用。以全局热传递模型为基础进行晶体生长模拟能够极大的提高模拟结果的实用性,缩短晶体生长设备及生长工艺的开发周期。但其前提是采用的全局热传递模型的准确度较高。... 在碲锌镉晶体生长技术开发方面,数值模拟软件发挥着越来越重要的作用。以全局热传递模型为基础进行晶体生长模拟能够极大的提高模拟结果的实用性,缩短晶体生长设备及生长工艺的开发周期。但其前提是采用的全局热传递模型的准确度较高。因此,本文主要研究了几何模型、物性参数、边界控温条件等对模型准确度的影响,并根据模型计算值与炉体中心测温比较结果,修正了上述模型各参数,获得了在多种温度设定条件下,计算结果都能与实际过程很好的吻合的全局热传递模型。采用修正后的模型应用于碲锌镉晶体生长过程模拟,最终晶体生长模拟结果的温度与实际监测温度差距在2℃以内。 展开更多

关键词 碲锌镉晶体 晶体生长模拟 全局热传递模型

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大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光技术

10

作者 李振兴 柏伟 +3 位作者 王琰璋 刘江高 张瑛侠 折伟林 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第2期244-251,共8页

碲锌镉(CdZnTe)晶体性能优越,是高性能碲镉汞(HgCdTe)外延薄膜的首选衬底材料。双面抛光是一种加工质量较高的碲锌镉晶片表面抛光方式,其具有效率高、平整度好、晶片应力堆积少的优点。但当碲锌镉晶片尺寸增大后,其加工难度也随之上升,... 碲锌镉(CdZnTe)晶体性能优越,是高性能碲镉汞(HgCdTe)外延薄膜的首选衬底材料。双面抛光是一种加工质量较高的碲锌镉晶片表面抛光方式,其具有效率高、平整度好、晶片应力堆积少的优点。但当碲锌镉晶片尺寸增大后,其加工难度也随之上升,易出现碎片多、加工速率慢、表面平整度差等问题。本文开展了大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光技术研究,深入分析了面积大于50 cm^(2)的非规则碲锌镉晶片双面抛光工艺中,不同参数对抛光质量的影响,通过模拟并优化晶片运动轨迹,优化抛光液磨粒粒型、抛光压力、抛光液流量等抛光工艺参数,实现了具有较高抛光速率和较好表面质量的大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光加工,对进一步深入研究双面抛光技术有着重要意义。 展开更多

关键词 碲锌镉 双面抛光 抛光效率 表面平整度 粗糙度 宽禁带半导体

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CdZnTe衬底的退火改性技术研究

11

作者 范叶霞 周振奇 +4 位作者 刘江高 李振兴 侯晓敏 折伟林 王丛 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期79-83,共5页

针对高性能碲镉汞红外探测器对碲锌镉(CdZnTe)衬底质量需求的不断提升,采用高温-真空退火方式,对碲锌镉衬底进行退火改性研究。结果发现:碲锌镉衬底的红外透过率得到明显地改善,在红外波段(2.5~25μm)均达到60%以上;晶片中的第二相夹杂... 针对高性能碲镉汞红外探测器对碲锌镉(CdZnTe)衬底质量需求的不断提升,采用高温-真空退火方式,对碲锌镉衬底进行退火改性研究。结果发现:碲锌镉衬底的红外透过率得到明显地改善,在红外波段(2.5~25μm)均达到60%以上;晶片中的第二相夹杂得到极大地改善,可实现无大于1μm的第二相夹杂,即可实现红外显微镜下夹杂不可见;Zn组分分布均匀性得到极大地改善,通过退火分压的调节,可实现衬底中Zn组分可调和Zn值的组分均匀分布,其中Zn组分可控制在0.044~0.051范围内,成分标准偏差可控制在0.001以下,衬底的组分可控和均匀分布为大面阵碲镉汞红外探测器的质量提升奠定了坚实的材料基础。 展开更多

关键词 碲锌镉(CdZnTe) 退火技术 性能改进 第二相夹杂 Zn组分

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碲锌镉晶体Cd源控制生长技术研究 被引量：2

12

作者 刘江高 李轩 +4 位作者 徐强强 范叶霞 侯晓敏 刘铭 吴卿 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期730-733,共4页

针对碲锌镉(CdZnTe)晶体中二次相缺陷问题,Cd源控制生长技术是更为有效的缺陷抑制技术。本文结合模拟仿真与实际测温调温,对比了VB法以及VGF法下Cd源处温度的可控性。在实现Cd源处温度控制基础上研究了不同Cd源处温度控制条件对晶体二... 针对碲锌镉(CdZnTe)晶体中二次相缺陷问题,Cd源控制生长技术是更为有效的缺陷抑制技术。本文结合模拟仿真与实际测温调温,对比了VB法以及VGF法下Cd源处温度的可控性。在实现Cd源处温度控制基础上研究了不同Cd源处温度控制条件对晶体二次相缺陷尺寸及分布的影响。VB法中,Cd源处控制温度快速下降,晶体尾端出现三角形Te夹杂缺陷。VGF法中,在Cd源控制温度达到820~790℃范围内时,虽然晶体头部中心部分二次相缺陷问题改善效果一般,但晶体边缘及尾部二次相缺陷问题能够得到了极大改善。 展开更多

关键词 碲锌镉晶体 Cd源控制晶体生长

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碲锌镉晶体定向研究 被引量：1

13

作者 折伟林 李乾 +1 位作者 刘江高 李达 《红外》 CAS 2022年第1期1-5,共5页

碲锌镉材料是制备高性能碲镉汞红外焦平面探测器不可或缺的衬底材料。液相外延工艺和分子束外延工艺分别需要使用(111)晶面和(211)晶面碲锌镉衬底制备碲镉汞薄膜材料。低偏角、高精度衬底的选取有利于高质量碲镉汞外延层的获得。介绍了... 碲锌镉材料是制备高性能碲镉汞红外焦平面探测器不可或缺的衬底材料。液相外延工艺和分子束外延工艺分别需要使用(111)晶面和(211)晶面碲锌镉衬底制备碲镉汞薄膜材料。低偏角、高精度衬底的选取有利于高质量碲镉汞外延层的获得。介绍了孪晶线快速定向法、使用X射线衍射仪(X-Ray Diffractometer,XRD)定向法确定碲锌镉晶体(111)晶面以及用XRD由(111)晶面获得(211)晶面碲锌镉的方法。研究结果对高性能碲镉汞探测器研制具有重要意义。 展开更多

关键词 红外焦平面探测器 碲锌镉 定向

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碲锌镉籽晶定向熔接技术研究 被引量：1

14

作者 吴卿 刘江高 +1 位作者 徐强强 范叶霞 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期333-336,共4页

应用CdZnTe晶体作为衬底材料时,其晶向非常关键。CdZnTe晶体籽晶引晶定向生长技术能够有效提高晶体利用率。但是,受碲锌镉晶体生长方法限制,CdZnTe籽晶引晶技术成功率并不高。本文即通过一系列实验研究了籽晶熔接过程升温方式以及籽晶... 应用CdZnTe晶体作为衬底材料时,其晶向非常关键。CdZnTe晶体籽晶引晶定向生长技术能够有效提高晶体利用率。但是,受碲锌镉晶体生长方法限制,CdZnTe籽晶引晶技术成功率并不高。本文即通过一系列实验研究了籽晶熔接过程升温方式以及籽晶晶向对碲锌镉籽晶熔接成功率的影响,并确定了升温方式是籽晶熔接的关键工艺所在。后续籽晶引晶生长晶向能否持续与籽晶选择晶向有关。通过显著提升初始熔体过热度可以促进<111>籽晶引晶晶向的保持。 展开更多

关键词 CDZNTE晶体 籽晶熔接 晶体定向生长

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InSb晶体生长固液界面控制技术研究

15

作者 赵超 徐兵 +6 位作者 董涛 刘江高 程波 陈元瑞 彭志强 贺利军 李振兴 《红外》 CAS 2020年第4期8-13,共6页

在固液界面控制方面,对Si等成熟半导体的研究较多,而对锑化铟(InSb)材料的研究极少。对InSb晶体等径段生长过程中晶体拉速、转速和坩埚转速对固液界面形状的影响进行了模拟分析以及实际的晶体生长实验。结果表明,这三个生长参数对固液... 在固液界面控制方面,对Si等成熟半导体的研究较多,而对锑化铟(InSb)材料的研究极少。对InSb晶体等径段生长过程中晶体拉速、转速和坩埚转速对固液界面形状的影响进行了模拟分析以及实际的晶体生长实验。结果表明,这三个生长参数对固液界面形状的平稳控制具有一定的效果。获得了平稳固液界面控制方法,为后续生长更低位错密度、更均匀径向电学参数分布的InSb材料打下了基础。 展开更多

关键词 INSB 晶体拉速 晶体转速 坩埚转速 固液界面形状 模拟

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碲锌镉晶体中夹杂问题的实验研究

16

作者 范叶霞 刘江高 +2 位作者 徐强强 吴卿 周立庆 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期446-449,共4页

采用红外透射显微镜检测和研究了热解氮化硼(PBN)坩埚生长碲锌镉晶体(CdZnTe)中的缺陷—夹杂,并对夹杂的影响因素进行了分析。研究发现:不同原料的化学配比、自由空间体积、饱和蒸汽压、晶体生长温场对晶体中夹杂的种类、形状、密度和... 采用红外透射显微镜检测和研究了热解氮化硼(PBN)坩埚生长碲锌镉晶体(CdZnTe)中的缺陷—夹杂,并对夹杂的影响因素进行了分析。研究发现:不同原料的化学配比、自由空间体积、饱和蒸汽压、晶体生长温场对晶体中夹杂的种类、形状、密度和尺寸都存在着影响,通过一系列工艺的改进可以获得夹杂合格的碲锌镉晶体。 展开更多

关键词 碲锌镉晶体 PBN坩埚 Te夹杂 Cd夹杂

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