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碲镉汞外延材料的非均匀性

时间:2018-07-25  已阅读过:次


       碲镉汞外延材料用于制备红外焦平面探测器件,材料性能的均匀性直接影响器件的性能指标,如光敏元的响应率非均匀性、噪声非均匀性和暗电流非均匀性,进而对成像的质量产生影响,并用噪声等效温差的非均匀性(固定图形噪声)来衡量。焦平面器件的非均匀性指得是面分布的光敏元之间的性能不均匀性,对于碲镉汞外延材料,所有性能参数都会存在的面分布的非均匀性,几乎所有性能参数的面分布非均匀性都会影响器件性能的非均匀性。除了横向分布存在非均匀性外,还存在着纵向分布的非均匀性,如碲镉汞材料的组分,纵向组分梯度是碲镉汞液相外延材料的固有特性,如材料表面腐蚀的不均匀和注入成结的深度不均匀均会因组分纵向分布而影响器件的非均匀性指标。非均匀分布还存在两种类型,一是连续变化的非均匀分布,如材料组分、厚度、电学参数等;二是随机变化的非均匀分布,如材料的位错和表面缺陷等。由于非均匀分布特性的差异,衡量非均匀性的方法和参数也不相同。
       对于连续变化的非均匀性,一般采用材料参数面分布的均方差(亦称标准差)作为衡量参数的非均匀性指标,即在一定面积的材料上均匀选取N×M 个区域(区域的大小为测量所需的材料面积),测量出每个区域内材料的性能参数Pnm ,通过公式gs.jpg计算出衡量材料参数非均匀性的均方差值。
       对于随机分布的材料位错,其密度是在特定面积上计算出来的,比如 100 μm×100 μm,由此计算出来的位错密度的分布仍然是非均匀分布的,这时需要采用位错密度分布的直方图,即特定位错密度出现概率的分布图来描述位错密度的非均匀性。还有一种更为直接的方法是,将所要制备的焦平面器件的光敏元图形套在材料表面,用每个光敏元所含位错个数的比例分布图来衡量位错的非均匀分布特性,并可用位错个数大于某一特定值的比例直接和焦平面器件的盲元率相关联。
      对于碲镉汞分子束外延材料的表面缺陷,除了密度分布的非均匀性外,还存在着缺陷尺寸的不均匀性,此时还需给出缺陷密度随缺陷尺寸大小的分布图,图1 是文献给出的一个实际例子,该结果显示,材料表面缺陷的尺寸主要分布在 0.1μm 和5 μm附近,更为深入细致的评价还需区分缺陷的种类,对缺陷做分类评价。
001.jpg
       由于材料参数和器件性能参数之间是多重关联的关系,即单个材料参数会对多个器件性能产生影响,多个材料参数也会影响器件的某一特性参数,材料非均匀性参数和器件非均匀性参数亦不存在简单的对应关系,此外,器件加工工艺也可能引入器件性能的非均匀性。因此,在分析器件非均匀性主要产生机制时,需同时考虑材料的非均匀性参数、器件工艺以及器件性能参数和材料参数之间的依赖关系。


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