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近年来，以大规模、集成化、多色化、微弱信号和三维探测为主要特点的第三代红外焦平面探测器成为碲镉汞红外焦平面探测器的主要发展方向。碲镉汞红外雪崩光电二极管(APD)探测器以其高增益带宽积、高信噪比和适于线性工作进行成像等优点在弱信号探测以及三维探测成像方面发挥着不可替代的作用。
本研究以制备碲镉汞电子雪崩光电二极管探测器为主要目的，对碲镉汞雪崩光电二极管器件相关关键工艺进行了细致的研究，主要研究内容如下:
1、介绍了碲镉汞雪崩光电二极管基本原理和雪崩光电二极管评价的相关技术参数，探讨了碲镉汞制备雪崩光电二级管的性能优势，介绍和评价了现阶段国内外碲镉汞雪崩光电二极管制备的技术路线，结合实际条件提出了平面型PIN结构碲镉汞APD的研究构想。
2、碲镉汞金属半导体(MS)接触的测量和工艺改进。采用传输线方法测量了中短波碲镉汞MS接触的比接触电阻，并摸索了退火热处理工艺对碲镉汞MS接触进行性能改进。p型碲短波镉汞Sn/Au接触经125℃、30min退火后，平均比接触电阻可降低约3量级，数值在10-3～10-2Ωcm2之间;注入形成的n型短波碲镉汞Sn/Au接触容易形成欧姆接触。p型中波碲镉汞Sn/Au接触经125℃、10min退火后，平均比接触电阻可以降低接近3个量级，在10-4～10-3Ωcm2之间;此外，通过实验证明了Sn/Au比Cr/Au更适合作为中波碲镉汞的欧姆接触金属。
3、碲镉汞pn结轮廓尺寸的测量。提出了两种可同时测定碲镉汞pn结结深和横向尺寸的新方法。一种称为剥层扫描MS探针法，该方法利用细窄的MS接触作为结横向结尺寸的测量探针，结合剥层法可以测定pn结的轮廓尺寸。采用该方法测得长波As掺杂碲镉汞离子注入所成pn结的深度在3.56～5.29μm之间，最大横向尺寸约是设计尺寸的130％。另一种方法称为斜台面测量方法，该法创新性的提出了通过湿法腐蚀方法在碲镉汞上制备小倾角的斜台面制备技术，而后通过测量伏安特性曲线或者LBIC信号来确定pn结的轮廓尺寸，利用这种技术测量得知Hg空位掺杂碲镉汞离子注入所成pn结结深约为1.29μm，并获得了该pn结的横向尺寸;而测得As掺碲镉汞注入pn结结深约为5.48μm。
4、As掺杂碲镉汞光电二极管的制备与性能研究。实验发现采用激活退火后的As掺杂碲镉汞材料制备的器件存在异常的伏安电学特性，采用SIMS测量发现As掺碲镉汞激活退火后在近表面2μm附近存在As原子富集区。发现As掺碲镉汞离子注入pn结是由n+/p+和n/p两种不同掺杂浓度pn结并联组成，理论分析了这种电学性能异常是由表面n+/p+存在引起的，提出了通过去除表面p+区的表面处理工艺来改进器件性能的技术方案，实验验证了理论分析和改进工艺方案的正确性。此外，由于As掺杂碲镉汞离子注入器件热稳定性不高，所以器件制备中应避免出现对芯片进行高温(＞115℃)处理的工艺。实验测量发现离子注入造成的表面损伤层会导致器件的提前击穿，器件制各时应该去除此表面损伤层。As掺杂碲镉汞器件若作为碲镉汞APD使用需要降低其暗电流，还要解决pn结热稳定性问题等。
5、研制了碲镉汞电子雪崩光电二极管原理型器件。在克服了常规器件中提前击穿，隧穿电流较大以及大偏压伏安特性曲线稳定性差等缺点后，采用离子注入退火工艺成功制备出平面型PIN结构中波碲镉汞电子触发型e-APD器件。该器件在大反偏下具有良好可重复性的伏安特性。测量发现该碲镉汞APD线性模式下的最大倍增因子为～200@-9.4V，其在反向偏压为10～11V时开始出现自持雪崩击穿。实验发现当Hg空位掺杂浓度Np＜4.7×1015/cm3时，在注入退火工艺后，材料都可形成稳定的PIN结构。此外，当外延层厚度较薄时，实验可以制备具有横向结的类HDVIP结构APD器件，该APD约在20～21V开始出现自持雪崩击穿。