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Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物GaInAsSb材料,随着材料组分变化,它的带隙在1.42~0.1 eV的范围内变化,覆盖了1~3微米、3~5微米、8~14微米三个重要红外波段。与GaSb衬底晶格匹配的GaInAsSb的禁带宽度可以覆盖从1.7μm至4.3μm的波段,这种材料在红外成像、污染监测、工业控制等方面有重要的实用价值,同时在未来的超低损耗光纤通信中又具有潜在应用。GaInAsSb红外探测器是一种新型化合物半导体材料红外探测器,具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好、成本低、易于集成、器件性能均匀性好等优点,特别是该器件可在室温条件下工作的特点,尤为被重视。 本学位论文对器件工艺、器件的表征进行了研究,改善了器件工艺和探测器的器件性能,有利于器件的进一步实用化,取得了如下结果: 1、计算模拟了PIN结构GaInAsSb室温中红外探则器的暗电流特性,建立了探测器PSPICE模型,模拟结果和测量结果基本符合,计算结果表明器件表面和内部的缺陷对GaInAsSb探测器反向特性有较大的影响。 2、研究了P型GaInAsSb和N型GaSb化合物半导体的欧姆接触和合金化条件,并对样品进行了SEM和XRD分析。实验结果表明P型GaInAsSb的TiPtAu和AuZn已经形成欧姆接触,在295℃到305℃,合金化温度越高,欧姆接触越小。TiPtAu比AuZn的比欧姆接触要小,而且比欧姆接触的大小也更稳定。N型GaSb在蒸发AuGeNi后,不能自然形成欧姆接触,说明金属半导体之间有势垒存在;合金化研究表明,295℃后开始形成欧姆接触,但305℃时无法测定数值,表面出现结球现象。说明N型GaSb的AuGeNi合金化温度应该控制在300℃左右。三种比欧姆接触都可以达到10-5Ω·cm2量级,可以满足器件要求。 3、通过GaInAsSb红外探测器及GaInAsSb样品表面的(NH4)2S钝化,器件的反向特性和光学特性都有比较大的改善,GaInAsSo红外探测器的黑体探测率Db*在硫化铵钝化后由6.9×108 cm·Hz1/2·W-1提高到2.0×109 cm·Hz1/2·W-1,探测器的峰值探测率达到4.83×1010 cm·Hz1/2·W-1。对GaInAsSo样品的AES和XPS分析表明,S在GaInAsSb表面首先与Ga、Sb形成S-Ga、S-Sb键,因而可以减小表面复合, 同时S原子又与更表面的S原子形成S一S键,钝化后的外延片表面形成硫单质, 钝化效果稳定。硫钝化后,有效地消除了Ga工nAssb表面悬挂键,减小了表面 态,使表面复合速度减小,从而改善了探测器的反向特性和探测率。90天后 测量,器件的IV特性和探测率并没有明显变化,说明钝化效果稳定。4、研究了GalnASSb探测器单层增透膜的生长,测量结果表明生长增透膜后可以 使探测率有20一40%左右的提高,器件的卜V曲线基本上没有变化。其中器件 生长510后,效果最好,器件的黑体探测率可以提高40%左右。在生长增透膜 时要求生长在Z000C以下,当生长温度大于2000C时,器件的卜V特性变差, 器件受到破坏。5、研究了Ga工l:ASSb红外探测器前置放大器的设计,通过分析低噪声放大器的设 计理论,研制了用分立晶体管搭建的前置放大器,同时也研制了用集成运放 工CL765O建立的放大电路,经过测试这两种放大电路都可以比较好的工作。