碲镉汞材料p型掺杂激活的微观途径和自补偿效应的机理研究

第三代红外焦平面器件多色探测性能的实现取决于多层异质结构的碲镉汞材料掺杂质量，使得原位异质外延的掺杂成为MBE生长碲镉汞材料的关键技术之一。近年来，V族元素砷已成为碲镉汞焦平面工艺中主要的p型掺杂源，但砷掺杂过程的复杂性使得原位砷掺杂工艺迄今为止都是实现高性能p型碲镉汞器件应用的瓶颈问题。本项目采用第一性原理研究方法，针对碲镉汞材料中原位砷掺杂低温退火p型激活过程所中所伴随的砷原子和复合杂质的量子耦合效应开展研究，通过考虑碲镉汞材料中不同砷的结构和簇团的分布，揭示砷掺杂自补偿效应的内在机理；通过构造砷的复合缺陷结构的形成能计算，弄清砷在低温退火的激活过程与其它条件的关联，揭示砷与其它本征杂质之间的耦合过程对砷p型掺杂的微观途径的作用，全面了解耦合杂质的形成、扩散、转变等过程，最终结合MBE生长样品的光谱实验分析，为多色红外焦平面材料的掺杂技术提供理论基础。

第三代红外焦平面器件多色探测性能的实现取决于多层异质结构的碲镉汞材料掺杂质量，使得原位异质外延的掺杂成为MBE生长碲镉汞材料的关键技术之一。近年来，V族元素砷已成为碲镉汞焦平面工艺中主要的p型掺杂源，但砷掺杂过程的复杂性使得原位砷掺杂工艺迄今为止都是实现高性能p型碲镉汞器件应用的瓶颈问题。本项目采用第一性原理研究方法，研究了As单原子、As2、As4等分子团簇杂质与本征缺陷间的耦合杂质的行为,分析并建立碲镉汞材料As掺杂自补偿效应和p型激活模型。研究发现AsHg和VHg间的库伦作用导致二者耦合形成复合缺陷, 复合缺陷将AsHg施主变为受主而且提供了比VHg更浅的受主能级, 在低温下的原生生长材料中能够成为比VHg更有竞争力的补偿中心, 复合缺陷中的VHg空位有利于降低激活过程中的扩散势垒, 并通过形成TeHg辅助As移动到Te位, 但As团簇则需通过其他途径激活，与MBE生长样品的光谱实验结果吻合，为多色红外焦平面材料的掺杂技术提供一定的理论基础。