利用自主的分子束外延(MBE)技术在CdZnTe(111)基底上生长PbTe半导体探测器材料, 通过在PbTe薄膜上沉积In2O3透明导电薄膜、ZnS绝缘保护层和In薄膜做电极, 制成PbTe结型中红外光伏探测器．在77 K温度下, 器件响应波长为1.5～5.5 μm, 实验测量的探测率为2×1010 cm·Hz1/2W-1, 由R0A值计算的探测器峰值探测率达到4.35×1010 cm·Hz1/2W-1．随着温度的升高, 截止波长发生蓝移, 探测率降低．分析了影响探测器探测率和R0A值的主要因素．

介绍了长波红外2048元线列碲镉汞焦平面器件的制备技术和达到的性能参数.探测器采用离子注入平面pn 结制备光敏元, 通过间接倒焊技术和读出电路互联, 采用8个256元焦平面模块拼接2048元线列焦平面器件.光敏 元的响应截止波长达到9.9μm, 相应的 R 0 A 达到10Ωcm 2 , 平均峰值探测率达到9.3×10 10 cmHz 1/2 W -1 , 响应不均匀 性为8%, 有效光敏元率大于99.5%.

研究了碲镉汞富碲垂直液相外延技术.在研究该关键技术的过程中, 提出了一种方法以检查外延前(Hg1-x Cd x ) 1-y Te y 母液的均匀性.并且, 通过减小生长腔体中的自由空间, 对气体的对流和汞回流进行了抑制, 及通过改进 工艺过程中的温度控制方式来应对因对流和汞回流而造成的生长温度不确定性.在解决上述关键技术后, 实现了 碲镉汞垂直液相外延工艺的稳定性, 所外延的中波碲镉汞材料的组分可重复性做到了 ±0.005, 厚度控制能力达到 了±5μm , 40×30mm 2 外延材料的横向组分均匀性(相对均方差)小于1.3×10 -3 , 同生长批次材料片与片之间的组 分和厚度差异分别小于0.001和1μm.在10mm线度上, 表面起伏小于1μm.经热处理后, 中波汞空位p型材料在 77K下具有较高的空穴迁移率.另外, 和水平推舟技术相比, 垂直碲镉汞液相外延在提供大批量和大面积相同性能 材料方面具有明显的优势, 这对于二代碲镉汞红外焦平面批生产技术和拼接型超大规模红外焦平面技术的发展都 具有重要的意义.

研究了HgCdTe液相外延薄膜表面两类宏观缺陷的形成原因.研究表明, 大部分表面凹陷点(void)缺陷的形 成是由衬底的蜡沾污所引入的, 而表面凸起点(hill-like)是由衬底边缘脱落的CdZnTe微颗粒造成的, 通过控制外 延生长前的衬底处理过程, 可以抑制这两类缺陷, 从而生长出零(宏观)缺陷密度的优质HgCdTe外延薄膜.

通过Te熔剂方法生长出〈110〉晶向的ZnTe单晶，利用X射线衍射(XRD)及拉曼光谱对该材料进行了测试.详细研究了太赫兹时域光谱系统中该ZnTe单晶作为激发和探测晶体的辐射和探测特性.结果表明在钛-宝石激光器的泵浦下，Te熔剂方法生长的〈110〉晶向的ZnTe晶体表现出良好的THz辐射性能，室温下激发频谱可达3THz以上.

通过Te熔剂方法生长出〈331〉晶向的ZnTe体单晶, 利用X射线衍射和红外透射显微技术对材料进行了测试.在钛-宝石激光器的泵浦下, 利用〈331〉晶向的ZnTe晶体辐射－探测到太赫兹波, 激发频谱可达5 THz左右.〈331〉晶向的ZnTe晶体表现出良好的太赫兹辐射性能.

采用水平滑移石墨舟液相外延生长技术在n型(100)InAs衬底上生长了InAs0.96Sb0.04薄膜.在1.5～5.5 eV光子能量范围采用紫外-可见光椭圆偏振光谱仪于室温下测试了其介电函数谱ε(E).基于电子带间跃迁和联合态密度理论,采用S. Adachi的MDF模型对ε(E)进行了拟合,并计算了各种临界点电子跃迁对ε(E)的贡献.结果表明:实验数据与模型吻合得非常好,E1和E1+Δ1跃迁发生在布里渊区(BZ)的Λ轴或L点,分别对应于M1型临界点Λv5→Λc6(或Lv4.5→Lc6)和Λv6→Λc6(或Lv6→Lc6)跃迁;E2跃迁是由于M1型和M2型鞍点能量简并引起的,沿着BZ的Σ和Δ轴方向.

大面积、高质量碲锌镉单晶是制备碲镉汞红外焦平面器件的理想衬底材料,而腐蚀法是常用的揭示碲锌镉晶体缺陷和评价晶体质量的方法之一.对碲锌镉晶体常用的Nakagawa、Everson、EAg1和EAg2四种腐蚀剂在碲锌镉材料(111)晶面上的腐蚀坑坑形进行了研究,结果发现,EAg2腐蚀剂在(111)B面上的腐蚀坑为平底坑,Everson腐蚀剂在(111)B面上产生的腐蚀坑包括平底坑和带有不同倾斜方向坑底的三角锥形坑,进一步的研究还表明,三角锥形坑并未沿着坑底的倾斜方向向下延伸.实验中也首次观察到了EAg腐蚀剂的黑白平底坑.对常用腐蚀剂的坑形特性研究,将有助于更好地利用腐蚀剂开展碲锌镉材料缺陷研究和晶体质量评价工作.

利用高分辨率X射线衍射技术对分子束外延CdTe(211)B/Si(211)材料的CdTe外延薄膜进行了倒易点二维扫描,并通过获得的对称衍射面和非对称衍射面的倒易空间图,对CdTe缓冲层的剪切应变状况进行了分析.研究发现,对于CdTe/Si结构,随着CdTe厚度的增加,[1-1-1]、[01-1]两个方向的剪切角γ[1-1-1]和γ[01-1]都有变小的趋势,且γ[1-1-1]的大小约为γ[01-1]的两倍;对于CdTe/ZnTe/Si结构,ZnTe缓冲层的引入可以有效地降低CdTe层的剪切应变.

本征反射率是X射线衍射摇摆曲线计算机模拟的基础。用X射线动力学理论研究了组分不均匀对HgCdTe材料X射线反射率的影响。研究结果表明,横向组分不均匀性直接影响摇摆曲线的峰形,峰值反射率和半峰全宽随组分不均匀的增大而分别减小和增大,且与组分不均匀性的均方差近似成指数关系,但其积分反射率却基本保持不变;采用多层模型对具有线性组分梯度的HgCdTe半导体材料反射率的计算结果则表明,纵向组分梯度除导致反射率峰值强度下降外,还会引起摇摆曲线产生单边干涉效应,摇摆曲线的半峰全宽和干涉峰间距随组分梯度的增加而增大,而干涉峰间距与干涉周期之间的关系则随组分梯度的增加其偏离线性的程度增大。