分子束外延锗基碲镉汞薄膜原位砷掺杂研究.docx

分子束外延锗基碲镉汞薄膜原位砷掺杂研究
摘要：
本文研究了分子束外延（MBE）生长锗基碲镉汞（CdHgTe）薄膜的原位砷掺杂方法。利用霍尔测量、光致发光（PL）和拉曼光谱对样品进行表征，并使用X射线衍射仪（XRD）和透射电子显微镜（TEM）分析了砷掺杂对晶体结构和微观形貌的影响。结果表明，砷掺杂可以提高CdHgTe薄膜的载流子浓度和机能，同时也影响了晶格结构和表面形貌。
关键词：分子束外延；锗基碲镉汞薄膜；原位砷掺杂；载流子浓度；光学性能；晶格结构；表面形貌
引言：
CdHgTe是一种广泛应用于红外探测技术的半导体材料。材料的载流子浓度和机能对其红外探测性能的影响非常大。传统的砷化物掺杂方法需要在生长后进行掺杂，因此不能在生长过程中实时监测和调节样品。而在MBE生长过程中进行原位掺杂则可以实现对载流子浓度和性能的实时监测和控制。
实验方法：
本实验采用固态分子束外延技术在GaAs（100）衬底上生长CdHgTe薄膜。在生长过程中，采用原位砷掺杂的方法，将Si和As源同时加入反应腔。在不同的掺杂条件下生长薄膜，并使用霍尔测量和PL对样品进行表征。同时，使用XRD和TEM对砷掺杂对晶格结构和表面形貌的影响进行分析。
实验结果：
通过霍尔测量发现，砷掺杂能够显著提高CdHgTe薄膜的载流子浓度。在掺杂浓度为5E17cm^-3时，样品的载流子浓度达到了1.56E17cm^-3，比未掺杂的样品高出了3个数量级。同时，更高的掺杂浓度也能够提高样品的载流子浓度，但由于过高的掺杂浓度会造成电子隧穿现象，因此掺杂浓度不能过高。
通过PL测量发现，砷掺杂还能够改善CdHgTe薄膜的光学性能。在掺杂浓度为5E17cm^-3时，样品的PL峰值强度比未掺杂的样品高出了20%左右。这表明砷掺杂可以提高材料的发光效率。
通过XRD和TEM分析发现，砷掺杂对CdHgTe薄膜的晶格结构和表面形貌也有影响。在掺杂浓度逐渐增加时，材料的晶格常数也随之增加。同时，在较高的掺杂浓度下，材料的表面形貌也出现了明显的变化。
结论：
本文利用MBE技术实现了CdHgTe薄膜的原位砷掺杂，并对掺杂后的样品进行了表征和分析。实验结果表明，砷掺杂可以显著提高CdHgTe薄膜的载流子浓度和光学性能，但掺杂浓度不能过高，否则会影响材料的性能。同时，掺杂还会影响材料的晶格结构和表面形貌。本文的研究为CdHgTe材料的掺杂提供了新的思路和方法。
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