器件27eee.com

(『,I7第17卷第2期1998年4月』红外与毫米波学报J.
InfraredMillim.
WavesVo1.
17.
No.
2Apri1,1998空间用1.
61amHg一CdTe室温光伏探测器弋5(中国科学院传感技术国家实验室,中国科学院上海技术物理研究所,上海,200083)摘要报道了采用改进的匹熔工艺生长的三元系金属化台物半导体HgCdTe材科研制的短波光使撮测器.
其工作温度为室温(300K),在响应波段1.
58~1.
64grn由探测率优干3.
0*1O"c1TiHz"…W,量子效率达70.
暗电流主要受制干扩散电流与产生复台电流,器件努环境模拟试验,定标与联试,完空符合空间工程应用的要求.
关麓词HgCdTe,光伏攮珊器引言裤Hg一CdTe三元系金属化台物属于窄禁带半导体材料,广泛应用于研制高性能红外探测器,通过对组分,27的控制,探测器叮工作于l~2Om红外波段.
通常,为了减小器件噪声电流,得到高的D探测率,探测器都需要在低温(77K,105K)下工作,这就带来了器件封装与使用上的便.
因此室温_[作的HgCdTe探测器的研制就变得十分有意义.
目前,国外已采用薄膜材料与薄膜技术进行短波Hg一Cde红外探测器的研制,并有这方面的报道,但就国内而言,薄膜材料的研制尚不成熟,工艺条件有待进一步探索,故采用体材料研制单冗探测器并应用于空间工程任务仍具有其现实意义.
经过长期的研究,采用组分x~-.
0.
6的HgCd~Te晶体材料,应用离子注入技术,成功地研制出工作波段为1.
58~1.
64ttm,探测率优于3.
0*10"cmHz"W的室温红外光伏探测器.
1理论与计算光伏型红外HgCdTe探测器是利用p-n结光生伏特效应,在红外辐照下产生的电子和空穴扩散到空间电荷区或直接在空问电荷区受强电场的作用而漂移,从而在外电路产生光电流.
黑体辐照下电流电压关系为[I—Io[exp(ev/kT)一1]一L,(1)筹,(2)一』帆dAAa;(3)式中Jo为器件暗电流,J为辐照下产生的光电流信号,为量子效率,为器件接受的黑体红外辐射功率,为器件光敏面面积,为黑体孔径,为测试距离.
椿件收到日期1997—08—21,修改稿收到日期1997—12—02维普资讯http://www.
cqvip.
com~q3)17♂)21一只红外与毫米;皮学报Vol.
17.
No.
2April.
1998空闰用1.
如mHg1-xCdxTe室温光伏探洒器王勤刘H"方家第TN2.
IS1中吕科学院传感技京国家实验室p中国科学院上海技术物理研究所,上海咽200083)摘要报道丁菜另itilt街区淳工艺生茸的三元革金属化合物丰导钵HgG:ITe材料研制的摇撞Jt失笑渴墨.
其工诈虚度为重温.
∞Kl,在嗖盖夜夜1.
58-1.
64阳n内探融i丰位于3.
0J.
10.
1\去与LO电.
10'2、10-7t一~一一→--→~←一-2υIS-10,)5000.
51飞J10'-2o2r"'v血-申~utz性Lm持a如ydι民-E阳阳RHAM--zv2zrB撞到町问时停了眩-EEE如上mpM酣vιEMnrn户主E33地沟囚rFC6在性[im将h』但二YOK-A-EMMMfHdu温mmM土豆引OHAμ伫挚'hur问zpu褂啦'-M出!
VU也EULF古nEZ-HK维普资讯http://www.
cqvip.
com呈主江外与毫米援学扳17卷n+-p型光伏器件在室握1ft豹R,AI理论值相符[.
]因此通过合理选择材料掺杂在在度和离子i主人能量与剂量,加强表:可处理与钝化工艺可大大降低隧道电流和表面漏电流,便在300KFn+-p型短波室温探测器韵R,A主要受剥于扩散电流和产生一复合电流,从而得到性能优良的室温探掷器.
表I短波室温光伏探测器性能测量值Table1Measureddelectivìties.
哇uantumefficiencies.
zero-bia:目dresistanc眉rOrphotovoltaicde挂ctor.
叩'aratingatambìentt四lperature器件编号R.
.
JA(10吉S96271.
34/1016.
12)(10~596281.
34l()l5.
92>飞10'S96331.
26吨10'6.
18X10乞'''"""三二"2,.
.
l-l.
"j0白-I)11001马.
2'"因4Hg1_ICd.
.
-Te器件CFig.
4M雹瞌as斟甜急ur四edc阻a呻p严.
c曰Z统z臼ancev咽shias弯.
ItageforaHgl-"-Cd,,Tephotodiode3环境条件试验FùJ(A曹-1J)亨'J.
(%)Dt-.
,,'o1tageforaB+-implantedHg,_Xd,Te哩demonstratlllgabruptn+-PjUllctionasilldica在edhythellnearityshown为了保证空间用器件的高丐靠性.
根据遥感系统环境模拟试验条件分别玲封装后器件进行了振动试验、冲击试验、加速度试验和7射线照射试验-具体试验条件如节2在三个频2期土勤:空间用1.
6~mHgcdTe室温光伏探测器段10~42Hz,42~300Hz,3002000Hz分别向x、y、z方向进行2rain的振动试验;冲击试验的轴向加速度为50g,横向加速度为25g,持续10rain,脉冲波形近似为正弦波;加速度试验分为轴向与横向,量级分别为了10g和2g,持续时间大于2rain,通过三项力学试验无一发生管壳脱落、开裂、芯片脱落和器件断路等现象.
射线照射剂量为2*10rad,实验后第二天即进行复测,与实验前比较D'无明显衰减或器件失效现象.
由于该器件首次被用于空间工作,按町靠度尺一0.
97、工作寿命二年投入33只器件做寿命试验,在超高真空环境下存放6816h,器件经复测无一发生失效性变化.
对寿命试验结果进行可靠性试验的统计分析,采用定时截尾寿命试验,为便于分析假设失效一只、置信度为80,经查表计算得寿命约为16年.
器件经定标与联试,性能完全符合空间工程应用的要求-4结语经过长期的器件研制表明,在HgCdTe材料上采用离子注入技术,可以制得高性能的短波室温探测器,除具有光伏探测器的性能高、响应时间短、无需偏置电流等特点外,并具有封装简便、性能稳定、无需制冷、使用方便等优点,可成为性能良好的空间用探测器.
致谢对我所包昌珍、胡亚春、叶丽萍等同志在器件工艺中所做的大量工作年口陈竹华同志所做的器件测量工作,以及司承才与朱三根高级工程师在器件研制与封装上提供的帮助深表谢意.
REFERENCES1BubulacLO.
TennantWE,a1.
JournalofEectronicMaterial,1997,26(6):6492TangDY,MiZY,ega1.
IntroductiontoOptoelectronicI,Shanghai:ShanghaiScientificandTechnlcalLiferaturePublishin2House(汤定元,糜正瑜,等.
光电器件概论,上海:上海科技文献出版社),1989,3203WillardsonR.
K.
BeerA.
C.
.
SemiconductorandSemirnetals,AcademicP仲s,1981t18:2294DogMskiA.
InfraredPhy$,1988,28:1395YuanHX.
DarkC"MechanismandSurfacePassivationinH~'dTeInfraredPImtovoltaicDetec-~Tt-$.
DoctoralDissertation,ShanghaiInst.
ofTech.
Phys.
,ChineseAcademyofSciences,(袁皓心,红外光伏探测器的暗电流机构和表面钝化,中科院上海技术物理研究所博士学位论文)19936HarisenG.
L.
,SchmltJ.
L.
,J.
App1.
Phys.
,1983,54:1640维普资讯http://www.
cqvip.
com2期二正勤z空间用1.
6;umHgt_"CιT.
室温光伏探测器85段1O~42日z.
42~300Hz.
3白白~2白0(1日z分别向X、Y、Z方痕迹行2mìn的振动试验,1中击试验的粮向加速度为50g.
横向加速度为25草.
持续lOmìn,盖章:中波形近似为正弦波3加速度试验分为辅向与横向,量级分别为了10草和站,持续时间大于2min,通过三项力学试验无一发生管壳脱落、开裂、芯片娩落和器件黯路等现象.
i'射线照射剂量为2X1C行ad.
实验后第二天即进行复测,与实验吉普比较D'无骂E显衰减或器件失效现象.
由于该器件首次被用于空间工作,按叮事度R~O.
97、工作寿命二年投入33只器件做寿命试验,在超高真空环境下存放6816h.
器件经复测元一发生失效性变化.
对寿命试验结果进行可靠性试验的统汁分析,采用定对截尾寿命试验,为便于分析假设失效一只、置信度为80%咽经查表计算得寿命约为16年.
器件经定标与联试,性能完全符合空间工程应用的要求,4结语经过长期的器件研制表明.
在HgCdTe材斜上采用寨子注入技术雹可以制得高性能始短波室温探测器.
徐具有光伏探测器的性能高、响应时间短、无需偏置电流等特点外,并具有封装简便、性能稳定、无需制冷、使用方便等优点,可成为性能良好的空间用探测器.
致谢对我庆包昌珍、镇亚春、叶丽萍等同志在器件工艺中所做的大量工作和陈竹华同志所做约器件测量工作.
以及司承才与朱三极离级工程师在器件研制与封装上提供劫帮助深表谢意.
REFERENCES1&b.
主lacLO.
TennantVtiTE.
etal.
Jor~rn.
.
JofElecJ.
ra罗引'cMatenal咽1997咽Z趴ú),64~2TangDY'MiZY,eJ.
,.
1ntroducti;扭扭正相oeleclronicDevices,Shanghaì;ShanghaiScientifícandTechnìcalL阳raturePulJlishi吨HOtlse(瑟走元,震正瑜嘈等.
光电器件穰论.
上海E主海将技文献出极社).
1♀尉.
32Q3WiIlardsonR.
K.
BeerA.
C.
.
Semiconduct矿andSemimna.
ls.
.
Acade刑町Press.
1981唔18,2294Dogals主jA.
1nfra.
redPhys.
1988,28孟1395YuanHX.
Dar是CurrenJ.
MechanismandSurfacePasnz,'ilticninHg{.
'dTe171.
.
升'dredP缸t.
ovoltaic王ktectors.
.
队JCtoralDissertatìon.
ShangbaiInst.
ofTech.
Phys.
ChineseAcademyofSciεnces.
(袁峰心.
红外先伏摞震嚣的唁电流a构和表臣铸化.
中棋院上海技术物理研究J'Jf博士学位论文)19936HansenG.
L.
.
Schn让全J.
L.
.
J.
Appl.
Phy'咽1吉83.
54,164086红外与毫米波学报17卷SPACE—BORNE1.
6UmHg1--xCdTePHOTOVOLTAICDETECTOROPERATINGATAMBIENTTEMPERATUREWANGQinL1Uji—,MingFANGJia·-Xiong(NationalLaboratory.
Transd~Technology,ShanghaiInstituteofTe~chnicatPhyffcs,ChineseAcademyS㈣.
Shahai200083.
~)AbstractSomenonPphotovohaicdetectorsofng1--xCdTesemiconductormaterialwerefabricatedwithBimplantationtocreaten一typeregion.
Theimplanteddiodeswithanareaof400pm*400t~mandacutoffwavelengthofaround1.
7timoperatedatambienttemperature(300k).
Thespecificdetectivitiesofthesedetectorsareabove3.
0*1011emHz"W+.
intherange1.
58~1.
64pmwithaquantumefficiencyashighas70.
Thedarkcurrentofthephotodiodesismainlylimitedbydiffusionmechanismoutsidethedeple—tlonregionandgeneration—recombinationwithinit.
Furthermore,afteraseriesofexperi—ments,thedetectorswereprovedtogetalongwellwiththespace—borneapplication.
KeywordsHgCdTe,photovoltaicdetector维普资讯http://www.
cqvip.
com豆豆红外与毫来波学报SPACE-BORNE1.
6μmHg1-.
Cd.
TePHOTOVOLτAICDETECTOROPERATINGATAMBIENTTEMPERATUREWANGQinLIUJi-MingFANGJia-Xiong(J'V,础.
现,/La缸万atoryforTrumducerTI!
.
hnalogy.
Sluzngtu1.
iInsiitu'ofT.
.
rhnzcalPhyS:cs.
Chz1U!
sf!
AradeTl吵"fScun1.
Shangha.
i200083.
ChimJ)17卷AbstraclSomen--on-ppho乞ovoltaicdetectorsofHg1_",Cd.
.
Tesemiconductorma臼ria1werefabrìcatedwithB+ìmplanta艺10ntocreaten+-typeregion,Thεimp1anteddiodeswithanareaof400μmX400μmandacutoffwavelengthofaroundL7μmopera乞edatambìenttemperature(300k).
Thespecificde乞ectivitie~ofthesedetectorsareabove3.
0X1011cmHzl/2W-1intherange1.
58-----1.
64~mwìtha明白tumeffìciency晶highas70%.
Thedarkcurrentofthepho乞odiodesismanlylímiteclhydiffusìonmecharusmou乞sidethedeple-t10nregìonandgeneration-recombìnationwìthìnt.
Furthermore.
afteraseriesofexperi-ments.
.
thedetectorswereprovedtogetalongweUwìththespacf'-horneapplicatìon.
KeyW01、dsHgCdTε.
photovol回icdetectorReC'ei,,'ed1997-0&-21.
revlsf'd1997-12-0,