李毅何篙易新建
(昆明物理研究所昆明650223)
摘要利用X射線光電子譜(XPS)對(duì)HgCdTe表面氧化特性進(jìn)行了研究，對(duì)不同工藝過(guò)程中
的HgCdTe表面進(jìn)行了測(cè)量、分析，結(jié)果表明啼福汞表面的自身氧化與工藝密切相關(guān)，說(shuō)明
HgCdTe表面鈍化前的預(yù)處理直接影響鈍化層/HgCdTe的界面特性.
PACC:7280E, 8160，7960
1引言
在HgCdTe紅外探測(cè)器的制造工藝中，要求對(duì)這種窄帶隙半導(dǎo)體材料的表面加以嚴(yán)格
控制，使表面具有均勻的化學(xué)配比、無(wú)晶體缺陷、極少的表面氧化和其它表面沾污.
HgCdTe光伏探測(cè)器陣列是紅外焦平面的，目前，HgCdTe光伏探測(cè)器陣列大多采
用n+ P結(jié)平面工藝技術(shù)，這種以P型HgCdTe材料為基礎(chǔ)的器件結(jié)構(gòu)，表面鈍化的質(zhì)量和
效果直接與HgCdTe表面的自身氧化層密切相關(guān).尤其以絕緣或半絕緣介質(zhì)作為鈍化層的
鈍化工藝中，HgCdTe的表面氧化層不僅影響界面特性，而且直接影響到鈍化層的介質(zhì)特
性，終影響光伏探測(cè)器陣列的光電性能、成品率、可靠性.本文利用X射線光電子譜
(XPS)對(duì)HgCdTe光伏探測(cè)器工藝過(guò)程中的HgCdTe表面進(jìn)行了測(cè)量、分析，結(jié)果表明
HgCdTe表面的自身氧化與工藝密切相關(guān)，說(shuō)明鈍化前的表面預(yù)處理在HgCdTe光伏探測(cè)
器陣列的制造工藝中顯得非常重要.
廠2實(shí)驗(yàn)過(guò)程
本研究所用的Hg,一二Cd.Te材料采用布里奇曼方法制備，材料的化學(xué)配比為x=
0. 205mo1.晶片經(jīng)低溫退火后，終將其變形為P型，隨后分割成若干小片.為了更好地研
究HgCdTe的表面氧化特性，所有分割的小片都嚴(yán)格按照HgCdTe紅外探測(cè)器的制造工藝
制備，以真實(shí)地獲取不同工藝過(guò)程中的HgCdTe表面氧化狀態(tài).具體的工藝過(guò)程和處理?xiàng)l
件加下:(1)樣品A }r A1,0,磨拋后。用右機(jī)溶劑和類(lèi)離子7k嚴(yán)格清洗.(2)樣品B多
A120。磨拋后，再用氧化鎂精細(xì)磨拋，用有機(jī)溶劑和去離子水嚴(yán)格清洗.(3)樣品C4
樣品D經(jīng)A1203磨拋和氧化鎂精細(xì)磨拋后，再用澳一無(wú)水乙醇溶液((3ooBr2)腐蝕，用刁
機(jī)溶劑和去離子水嚴(yán)格清洗.(4)樣品E經(jīng)A120。磨拋和氧化鎂精細(xì)磨拋后，用嗅一無(wú)水C
醇(3 Yo Br,)腐蝕，隨后用有機(jī)溶劑和去離子水嚴(yán)格清洗，經(jīng)高純氮?dú)獯蹈珊罅⒓催M(jìn)入射頻犧
射真空室，在其表面濺射淀積400nm的ZNS膜層.上述樣品均在室溫下的超凈環(huán)境中完成
制備好的樣品經(jīng)高純氮?dú)獯蹈珊罅⒓催M(jìn)入XPS樣品分析室.
本文中的XPS譜都是在PH15500ESCA系統(tǒng)上采集的，用AlKa和MgKa輻射為光。
子激發(fā)源(能量分別為hi) =1486. 6eV和hv=1253. 6eV)，通能為58. 7eV，入射角為450,
樣面積為800f.m直徑的斑點(diǎn)，采樣時(shí)樣品分析室的真空度保持在5X1。一“Pa.譜儀經(jīng)純乍
Cu3P3/2 (75. leV), CuLMM (334. 9eV)和Cu2P3/2 (932. 7eV)譜峰校正，取Cls峰的結(jié)合育
284. 8eV對(duì)表面電荷效應(yīng)引起的結(jié)合能位移進(jìn)行校正.
3結(jié)果分析與討論
所有樣品經(jīng)掃描譜確認(rèn)其表面不含其它元素(如Br, N, Cl等)，對(duì)每個(gè)樣品都采委
Hg4f,Cd3d,Te3d,Ols和Cls的光電子譜，并用Cls峰對(duì)表面電荷效應(yīng)引起的化學(xué)位移J2
行校正.
3.1樣品E1和樣品B的XPS測(cè)量結(jié)果
和分別為在樣品A和樣品B表面上所采集的Hg4f,Te3d,Cd3d,Ols光電任
譜，通過(guò)對(duì)比可以看出，兩者相對(duì)應(yīng)的譜及峰位幾乎一致，說(shuō)明樣品A和樣品B的表面狀a
極為相似.和的Te3d5,2為雙峰，峰位結(jié)合能為572. 7eV和575. 8eV，其中，結(jié)合育
為572. 7eV的峰對(duì)應(yīng)于HgCdTe中的啼(Te，結(jié)合能為575. 8eV的峰對(duì)應(yīng)于氧化狀態(tài)白
蹄(Teox ).由于Te和Teo二有較明顯的化學(xué)位移，可用來(lái)評(píng)價(jià)HgCdTe表面受氧化的程度.月
高斯曲線對(duì)Ols譜進(jìn)行擬合，可以得到兩個(gè)分離的峰，峰位結(jié)合能分別為531. 4eV不
532. 6eV.其中結(jié)合能為532. 6eV的氧峰對(duì)應(yīng)于表面上的物理吸附氧(如氫一氧或碳一氧G
族)，結(jié)合能為531. 4eV的氧峰主要為HgCdTe表面氧化物的氧.在Te3d5/:的化學(xué)位移中
Te與Te。二的化學(xué)位移為3. leV，該化學(xué)位移由電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)引起，使HgCdTe表面Te的召
態(tài)由Te。變?yōu)門(mén)e+0，根據(jù)標(biāo)定結(jié)合能可以確定HgCdTe表面的氧化物主要是Te02['].由弓
Hg和Cd的化學(xué)位移極小，說(shuō)明HgCdTe表面含Hg和Cd的氧化物較少.
3.2樣品C和樣品D的XPS測(cè)量結(jié)果
和分別為在樣品C和樣品D表面上所采集的Hg4f, Te3d , Cd 3d和Ols的勁
電子能譜，通過(guò)對(duì)比可以看出，雖然兩者的峰位一致，但峰的幅度有很大差異.
對(duì)圖中的Hg4f,Te3d,Cd3d,Ols譜進(jìn)行分析得出，結(jié)合能為100. 6eV和104. 6eV分另
對(duì)應(yīng)Hg4f7,2和Hg4f5,z，這與HgCdTe中Hg的峰位相比有一很小的化學(xué)位移，其化學(xué)成交
為Hg0或Hg的化合物.結(jié)合能為405. 3eV和412. 2eV分別對(duì)應(yīng)Cd3d5,Z和Cd3d3,2，它if
均為HgCdTe中受氧化的Cd或其它Cd的化合物.結(jié)合能為572. 8eV和583. OeV分別又
應(yīng)Te3dsiz和Te3d3,z，它們均有伴峰.從Te3d5;z的光電子能譜分析，得出結(jié)合能為572. 8e}
對(duì)應(yīng)于元素Te，說(shuō)明表面有單質(zhì)Te富集.Te3d5,z的伴峰其結(jié)合能為576. 4eV，它對(duì)應(yīng)于TI
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為了確定表面的化學(xué)成分，用高斯型曲線對(duì)Ols進(jìn)行擬合，終得到三個(gè)分離的氧峰，
峰位的結(jié)合能分別為530. 8eV, 532. 3eV和534. 3eV.其中，結(jié)合能為532. 3eV的氧峰對(duì)應(yīng)
于表面上的物理吸附氧，結(jié)合能為530. 8eV和534. 3eV的氧峰對(duì)應(yīng)表面氧化物中的氧.從
Te3d,j2的雙峰可以算出Te與Teo二的化學(xué)位移為3. 7eV, Te的價(jià)態(tài)由Te-“變?yōu)門(mén)e+'，它主
要對(duì)應(yīng)Te203和Te0。等化學(xué)成分.根據(jù)標(biāo)定結(jié)合能可以確定HgCdTe表面的化學(xué)組分主
要是HgTe20。和CdTe03，以及少量的CdTe205[2,31.因此，樣品C和樣品D的表面成分為
單質(zhì)Te,HgTe205,CdTeO。以及少量CdTe20。的混合物.從擬合的Ols曲線可以看出，雖
然樣品C和樣品D的處理?xiàng)l件相同，但表面的氧化程度卻頗有差異，樣品D的Te3d5/2譜
中，氧化引起的伴峰其幅度遠(yuǎn)超過(guò)主峰，說(shuō)明表面氧化與工藝過(guò)程密切相關(guān)，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)
驗(yàn)和測(cè)量分析，HgCdTe經(jīng)無(wú)水乙醇和澳的腐蝕液處理，表面受氧化的程度具有較大的隨機(jī)
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4結(jié)論
根據(jù)對(duì)以上不同工藝過(guò)程的HgCdTe表面進(jìn)行的測(cè)量、分析，得出下列結(jié)論:
(1) HgCdTe表面在不同的工藝過(guò)程中，表面的氧化特性有很大差異.在粗磨和精細(xì)磨
拋過(guò)程中，兩個(gè)工藝過(guò)程的HgCdTe表面狀態(tài)極為相似，HgCdTe表面僅有少量的TeOz.
(2) HgCdTe表面經(jīng)無(wú)水乙醇和澳的腐蝕液處理后，表面除有單質(zhì)蹄富集外，還有Cd-
Te03,HgTezO。和少量的CdTez05，表面氧化特性與工藝過(guò)程密切相關(guān)，很難獲得較為理想
的HgCdTe表面.
(3)從Hg/Cd的比值發(fā)現(xiàn)，HgCdTe表面經(jīng)無(wú)水乙醇和澳的腐蝕液處理后，HgCdTe表
面化學(xué)配比出現(xiàn)偏析，形成鎬不足的HgCdTe表面.
(4) HgCdTe表面經(jīng)無(wú)水乙醇和嗅的腐蝕液處理后，很難獲得無(wú)氧化、化學(xué)配比均勻的
新鮮表面，不適宜的工藝過(guò)程還會(huì)加劇表面的氧化，從而影響到器件的性能、成品率和可靠
性.
因此，鈍化前的表面預(yù)處理顯得尤為重要[4]，通過(guò)處理減少或去除HgCdTe表面的氧化
物，對(duì)提高光伏探測(cè)器陣列的性能和可靠性，特別是對(duì)改善和提高HgC'dTe表面鈍化的質(zhì)
量和效果，將起著重要的關(guān)鍵作用.
致謝本研究的分析測(cè)量工作，得到云南省分析測(cè)試中心崔永杰、楊曉云的熱情支持和協(xié)
助，作者在此表示衷心感謝.
參考文獻(xiàn)
[1〕M. Seelmann-Eggebert and H. J. Richter, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.，1990, 52: 273.
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[3〕S: Menezes，W. V. Mclevige, E. R. Blazejenwski et al.，J. Vac. Sci. Technol.，1991，B9(3):1874.
[4〕Peter Caooer, Properties of Narrow Gap Cadmium-based Comopunds. London; INSPEC, 1994, 284^290.

Study on Oxidative Characterization of HgCdTe Surface by XPS
Li Yi，He Song and Yi Xinjian
(Kunming Institute of Physics, Kunming 650223)
Received 7 September 1996, revised manuscript received 10 June 1997
Abstract HgCdTe surface oxidative characterization has been studied by X-ray photoelec-
tron spectroscopy (XPS).HgCdTe surface exposed by various processing steps has been
measured and analysized. The results show that the native oxide film on HgCdTe is rela-
tive to the processing steps. It shows that the pre-treatment before HgCdTe surface passi-
vation affects the passivant/HgCdTe interface properties.
PACC:7280E，8160，7960