專利名稱:碲鎘汞紅外雙波段探測器深臺面的腐蝕設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電探測器的制備工藝，具體是指一種用于碲鎘汞(HgCdTe)紅外雙波段探測器深臺面的腐蝕設備和方法。
背景技術：
HgCdTe紅外雙波段探測器是由二個不同響應波段的p-n結組成的器件，這二個p-n結可以是同質結，也可以是異質結，因此在器件制備工藝過程中就涉及到不同摻雜濃度和不同材料的腐蝕問題。常規(guī)的腐蝕方法有濕化學腐蝕法和干法刻蝕，由于濕化學腐蝕法自身有鉆蝕，腐蝕圖形側壁不夠垂直、腐蝕的表面不夠光滑及腐蝕深度極不均勻等缺點而不適合HgCdTe紅外雙波段探測器的深臺面腐蝕。干法刻蝕因為Hg-Te鍵很弱，易造成斷鍵，所以干法刻蝕易給材料表面帶來損傷，由此而引起材料的組分、載流子濃度和遷移率發(fā)生變化。因此DOUGLAS MONTEA采用光濕化學腐蝕HgCdTe深臺面，見US5418114專利，它的腐蝕液是鹽酸(HCl)，是基于溶解的腐蝕原理。因為離子鍵化合物HgCdTe材料與極性的溶劑HCl接觸，導致了HgCdTe的離子鍵削弱，以致溶解，而光照則進一步地削弱了離子鍵和加快了溶解。這種方法在制備單一波段的探測器是非常有利的。由于HgCdTe材料具有特殊性，不同組分、不同的導電類型和不同的摻雜濃度都會有不同的腐蝕速率。于是，此種利用極性腐蝕液的光化學腐蝕是不適合于制備HgCdTe紅外雙波段探測器的。

發(fā)明內容
基于上述已有技術存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于HgCdTe紅外雙波段探測器深臺面的腐蝕設備和方法來得到可重復的，光滑的，側壁垂直且平底的HgCdTe紅外雙波段探測器的深臺面腐蝕圖形。
為了達到上述目的，本發(fā)明利用HgCdTe的含溴氧化劑作為腐蝕液，利用恒定光強照射來加快定向的腐蝕速率和根據(jù)需要可精確控制腐蝕時間，利用在不需腐蝕部分的HgCdTe表面生長反射膜來精確控制腐蝕圖形，在腐蝕時旋轉樣品和利用冰水混合物來嚴格控制恒定的，可重復的腐蝕溫度的技術方案。
化合物半導體腐蝕與許多固體的化學腐蝕一樣，需要一定的能量打斷晶格原子間的化學鍵。在半導體和含其氧化劑的腐蝕液系統(tǒng)中，氧化劑總是從半導體中獲取電子，這導致半導體內的原子間化學鍵削弱而最終引起半導體的溶解。同時，半導體在溶解時又有帶正電的離子進入溶解液，每個正離子就損失了一定數(shù)量的空穴。因此，有等量的電子和空穴同時進入溶解液，于是半導體和溶解液各自總能維持電中性，且溶解非常穩(wěn)定。這種腐蝕通常速率較低，稱為暗腐蝕速率，它是由半導體的少數(shù)載流子濃度決定的。無論是哪種類型的半導體和摻雜程度如何，當有強光照射且被吸收時，就產(chǎn)生大量的光生載流子，這將引起少數(shù)載流子的濃度增加和腐蝕速度加快。當光生少數(shù)載流子濃度遠大于半導體材料自身的少數(shù)載流子濃度時，不同組分、不同導電類型和不同摻雜濃度的HgCdTe材料就有相同的腐蝕速率?？傊@種利用HgCdTe的含溴氧化劑作為腐蝕劑的光化學腐蝕方法，通過控制入射光的波長和強度，并要求光生少數(shù)載流子濃度遠大于半導體材料自身的少數(shù)載流子濃度，就可以達到制備HgCdTe紅外雙波段探測器的目的。
本發(fā)明的具體技術方案如下一種用于HgCdTe紅外雙波段探測器深臺面的腐蝕設備，包括入射光源，透明雙層石英容器，石英容器的內底部置有旋轉磁子，石英容器外層外底部置有磁力攪拌器，石英容器的內層口上置有樣品架。所說的石英容器外層的高度為內層的三分之一到二分之一，為保證入射光垂直入射到樣品上，面對入射光側壁的內層為一平面。為使樣品得到相對均勻的光照，所說的樣品架帶有一個使樣品繞入射光軸旋轉的裝置。
利用所述設備對HgCdTe紅外雙波段探測器深臺面進行腐蝕，其具體步驟如下a.利用光刻腐蝕磁控濺射和離子束方法在不需要腐蝕部分的樣品表面生成ZnS鈍化層，在ZnS鈍化層上生成反射膜，這樣就得到了準備腐蝕使用的樣品。
b.將樣品放置在樣品架上，調節(jié)樣品架，使樣品表面與腐蝕液面保持80°---85°夾角，同時調節(jié)入射光，使入射光透過石英容器內層為平面的側壁并垂直入射到樣品表面。
c.將配制好的含溴半導體氧化劑作為腐蝕液倒入石英容器內層內，將冰水混合液倒入石英容器夾層中，然后啟動磁力攪拌器和樣品架的旋轉裝置進行樣品的深臺面腐蝕。
本發(fā)明的最大優(yōu)點是采用含溴半導體的氧化劑作為腐蝕液，使不同組分、不同導電類型和不同摻雜濃度的HgCdTe材料都有相同的腐蝕速率。利用生長反射膜來保護不需腐蝕的部分，在需要腐蝕的部分受強光的照射，則加快了定向的腐蝕速率。利用磁力攪拌器來攪拌腐蝕液使腐蝕液均勻和旋轉樣品架使樣品光照均勻，最終得到理想的腐蝕效果。



圖1為HgCdTe樣品腐蝕前結構示意圖；圖2為HgCdTe樣品腐蝕后結構示意圖；圖3為腐蝕HgCdTe樣品深臺面的設備示意圖。
具體實施方式
見圖3，腐蝕HgCdTe樣品深臺面的設備示意圖。石英容器1由外層102和內層101中間夾層盛有恒定腐蝕液溫度的冰水混合物3構成。為保證入射光7垂直入射到樣品上，面對入射光側壁的內層101為一平面。石英容器的內層內盛有腐蝕液2。石英容器的內底部置有旋轉磁子401，石英容器外層外底部置有磁力攪拌器4，其目的是使旋轉磁子不斷轉動，來攪拌腐蝕液使腐蝕液均勻。石英容器口上置有一個樣品架5，樣品架5帶有一個使樣品6繞入射光軸旋轉的裝置501。由于入射光經(jīng)容器側壁折射后進入腐蝕液，在腐蝕液里經(jīng)過的光程是不一致的，導致照射在樣品表面的光強分布不均勻，通過旋轉樣品可以得到相對均勻的光照。另外，使用磁力攪拌器會引起各處的腐蝕液流動速度不一致，所以旋轉樣品還可以減少這個因素帶來的影響。
我們以Hg1-xCdxTe(x＝0.3與x＝0.2)紅外雙波段探測器深臺面腐蝕方法作一詳細介紹a.樣品制備利用光刻腐蝕磁控濺射和離子束方法在不需要腐蝕部分的樣品表面生成ZnS鈍化層602，在ZnS鈍化層上生成金反射膜601。
b.采用含溴(Br2)的1％乙醇溶液作為腐蝕液。
c.入射光源采用波長為632.8nm的氦氖激光，功率密度為100W/cm2。
d.將樣品安裝在樣品架上，調節(jié)樣品架，使樣品表面與腐蝕液面保持85°夾角8，目的是為了使樣品深臺面中的腐蝕生成物能流出來。同時調節(jié)入射光，使入射光透過石英容器內層為平面的側壁并垂直入射到樣品表面。
e.經(jīng)多次實驗，樣品在上述條件下，腐蝕速率約達0.4微米/秒，對本實施要求12微米的深臺面，腐蝕時間為30秒。
腐蝕結束后，我們將樣品放在高放大倍率的顯微鏡下，觀察到腐蝕的樣品表面光滑。通過DEKTAK3臺階儀測量，我們發(fā)現(xiàn)Hg1-xCdxTe(x＝0.3與x＝0.2)樣品有相同的腐蝕速率，即不同組分、不同導電類型和不同摻雜濃度的HgCdTe材料的腐蝕深度與腐蝕時間成正比，且縱向和橫向的腐蝕速率比達到8∶1，達到側壁垂直的理想效果。
權利要求
1.一種碲鎘汞紅外雙波段探測器深臺面的腐蝕設備，包括入射光源(7)，雙層透明石英容器(1)，石英容器的內層(101)內底部置有旋轉磁子(401)，石英容器外層外底部置有磁力攪拌器(4)，石英容器的內層口上置有樣品架(5)，其特征在于所說的石英容器外層(102)的高度為內層(101)的三分之一到二分之一，面對入射光(7)側壁的內層為一平面；所說的樣品架(5)帶有一個使樣品(6)繞入射光軸旋轉的裝置(501)。
2.根據(jù)權利要求
1一種碲鎘汞紅外雙波段探測器深臺面的腐蝕設備，其特征在于所說的入射光源(7)為波長632.8nm的氦氖激光。
3.一種碲鎘汞紅外雙波段探測器深臺面的腐蝕方法，其特征在于具體步驟如下a.利用光刻 腐蝕 磁控濺射和離子束方法在不需要腐蝕部分的樣品(6)表面生成ZnS鈍化層(602)，在ZnS鈍化層上生成反射膜(601)；b.將樣品(6)放置在樣品架上，調節(jié)樣品架(5)，使樣品表面與腐蝕液面保持80°---85°夾角，同時調節(jié)入射光(7)，使入射光透過石英容器內層(101)為平面的側壁并垂直入射到樣品(6)表面；c.將配制好的含溴半導體氧化劑作為腐蝕液(2)倒入石英容器內層內，將冰水混合液(3)倒入石英容器夾層中，然后啟動磁力攪拌器和樣品架的旋轉裝置進行樣品的深臺面腐蝕。
4.根據(jù)權利要求
3的一種碲鎘汞紅外雙波段探測器深臺面的腐蝕方法，其特征在于所說的含溴半導體氧化劑腐蝕液為含1％溴的乙醇溶液。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種碲鎘汞紅外雙波段探測器深臺面的腐蝕設備和方法，其主要是利用碲鎘汞的含溴氧化劑作為腐蝕液，利用恒定光強照射來加快定向的腐蝕速率和精確控制腐蝕時間，利用在不需腐蝕部分的碲鎘汞表面生長反射膜來精確控制腐蝕圖形，利用腐蝕時旋轉樣品和冰水混合物來嚴格控制恒定的，可重復的腐蝕溫度，使其深臺面的縱向和橫向的腐蝕速率比達8∶1，最終得到不同組分、不同導電類型和不同摻雜濃度的碲鎘汞樣品深臺面?zhèn)缺诖怪钡睦硐胄Ч?br>文檔編號H01L31/18GKCN1187797SQ02136720
公開日2005年2月2日 申請日期2002年8月29日
發(fā)明者葉振華, 胡曉寧, 朱建妹, 何力 申請人:中國科學院上海技術物理研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan