《分子雲外延Hg1-yCdySe/InAs/Si(211)紅外探測器材料》是依託昆明理工大學，由劉翔擔任項目負責人的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：分子雲外延Hg1-yCdySe/InAs/Si(211)紅外探測器材料
- 項目類別：地區科學基金項目
- 項目負責人：劉翔
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
紅外長波技術發展及套用需要製備高性能大面積焦平面列陣。Hg1-xCdxTe材料在長波波段與襯底晶格失配度較大、位錯密度較高，嚴重影響紅外焦平面列陣性能。本項目提出採用結合液相外延（LPE）、熱壁外延（HWE）、等溫汽相沉積（ISOVPE）技術特點的分子雲外延（MCE），在InAs/Si(211)複合襯底表面製備Hg1-xCdxSe薄膜，Hg1-xCdxSe材料在長波波段與複合襯底晶格失配度較小、位錯密度較低，進而可獲得高質量、大面積、廉價長波紅外焦平面列陣。通過完善分子雲外延系統、最佳化製備石英模具及生長工藝條件，獲得高質量As活化InAs/Si(211)複合襯底及組分均勻的Hg1-xCdxSe薄膜。通過XRD、FITR、SEM、台階儀和Hall等對薄膜結構和性能進行表征；同時，將HgCdSe材料用於試製紅外探測器焦平面列陣。項目研究結果為長波波段高性能紅外探測器件研製奠定新的材料基礎。
結題摘要
本項目採用分子雲外延（Molecular Cloud Epitaxy，MCE）技術，在InAs/Si(211)複合襯底表面製備Hg1-xCdxSe薄膜。Hg1-xCdxSe材料在長波波段與複合襯底晶格失配度較小、位錯密度較低，進而可獲得高質量、大面積、廉價長波紅外焦平面列陣。通過完善分子雲外延系統、最佳化製備石英模具及生長工藝條件，獲得高質量As活化InAs/Si(211)複合襯底及組分均勻的Hg1-xCdxSe薄膜。通過XRD、FITR、SEM、AFM、台階儀和Hall等對薄膜結構和性能進行表征。項目獲得以下結果：1. 通過加熱去氫、As活化、低溫生長緩衝層和增加後退火工藝等，在Si(211)襯底表面製備了InAs、CdSe和HgCdSe薄膜。測試結果表明獲得了(111)擇優取向、表面均勻平整、組分均勻的HgCdSe/InAs/Si(211)複合襯底材料；2. 在Si(211)襯底表面成功製備了InAs薄膜，薄膜具有閃鋅礦結構並沿(111)方向擇優生長。生長溫度為400℃時薄膜的晶粒尺寸最大為73.4nm，載流子濃度達到10E22cm-3，霍爾遷移率數值約為10E2cm2/(V•s)，400℃生長的薄膜平均表面粗糙度Ra為48.37nm；3. 通過改變生長溫度、蒸發源溫、Se和Cd配比等生長參數，最佳化CdSe薄膜製備工藝。FTIR測試結果表明，在頻率432-434、610-611和758-763cm-1存在典型的Cd-O彎曲和Cd-Se伸縮振動模式的峰。CdSe薄膜體電阻率為2.608Ohm∙cm，載流子濃度約為1.2E16cm-3，霍爾遷移率為2.0E2cm2∙v-1∙s-1；4. 通過使用Material Studio計算軟體，採用GGA+PBE、PBESOL、RPBE等算法，截斷能設定為450eV，k格線設定為2×2×2，贗勢選擇為Norm conserving，對Hg1-xCdxSe材料電子結構、光學性質、聲學性質等進行系統完整的計算；採用Hubbard U方法，計算結果與實驗值能夠較好匹配。項目研究結果為進一步研究長波波段高性能紅外探測器件奠定材料和理論基礎。
