Обратная конверсия типа проводимости HgCdTe после плазмохимического травления при низких температурах / Горшков Д.В., Варавин В.С., Сидоров Г.Ю., Ремесник В.Г., Сабинина И.В.

Abstract

Для уменьшения размера пикселя и создания мультиспектрального матричного приёмника инфракрасного излучения на основе HgCdTe необходимо анизотропное травление с высоким соотношением глубины к ширине канавки травления. Для этих целей подходит плазмохимическое травление, но в случае HgCdTe имеется недостаток в виде конверсии материала р-типа на некоторую глубину в n-тип, и образование приповерхностного тонкого слоя n+-типа. В данной работе исследуется влияние температуры образца при плазмохимическом травлении на процесс обратной конверсии к исходному p-типу HgCdTe и релаксация параметров образовавшегося n-слоя. Эксперименты проводились на образцах ГЭС КРТ МЛЭ с составом x=0.22, вакансионного pтипа проводимости с концентрацией дырок ≈1016см-3. Плазмохимическое травление проводилось на установке с генератором индуктивно-связанной плазмы в газовой смеси CH4 и Ar и при отсутствии разности потенциалов между плазменным облаком и образцом (таким образом, отсутствовала ионная составляющая травления). Температура образца изменялась от -150°С до +30°С, при этом скорость травления изменялась от 40 до 65 нм/мин, соответственно. Сразу после травления на всех образцах наблюдается конверсия типа проводимости из p в n. При последующей выдержке образцов при комнатной температуре происходит релаксация концентрации электронов. В диапазоне температур образца от -150°С до -65°С происходит обратная конверсия в р-тип проводимости с параметрами, близкими к исходным. При этом время, необходимое для конверсии к исходному p-типу, увеличивается с ростом температуры травления. В диапазоне от -20°С до +30°С обратной конверсии в p-тип не наблюдается. Измеренные магнетополевые зависимости проводимости и коэффициента Холла RH и их релаксация от времени выдержки при комнатной температуре хорошо описываются с использованием двухслойной модели, содержащей тонкий n-слой на поверхности р-слоя. С помощью подгонки получены параметры n-слоя в зависимости от времени выдержки при комнатной температуре. Наблюдаемый после травления n-слой вблизи поверхности, наиболее вероятно, обусловлен образованием донорных комплексов и наличием междоузельной ртути (HgI). Донорные комплексы образуются при захвате HgI некими ловушками. Процесс релаксации концентрации электронов связан с распадом комплексов, высвобождением HgI с последующей диффузией к поверхности и выходом из полупроводника или рекомбинацией с вакансиями ртути. Величина концентрации HgI в образце, сразу после травления, зависит от соотношения скорости травления и скорости диффузии HgI в объем полупроводника. Предположительно, при низких температурах скорость травления больше скорости диффузии и концентрации HgI, образовавшейся в процессе травления, недостаточно, чтобы заметно изменить концентрацию вакансий. С повышением температуры увеличивается коэффициент диффузии HgI [1]. При этом скорость травления растёт медленнее, чем скорость диффузии HgI. И выше температуры -20°С скорость диффузии существенно превосходит скорость травления. Концентрация HgI в образце начинает превосходить концентрацию вакансий, и из-за рекомбинации HgI с вакансиями, тип проводимости плёнки КРТ становиться электронным за счет фоновых доноров. Впервые показано, что, при указанном в работе режиме плазмохимического травления и температурах образца ниже -650 С, параметры материала КРТ вакансионного р-типа после травления и выдержки при комнатной температуре в течение нескольких часов возвращаются к исходным.