随着碲镉汞红外焦平面技术的发展，对碲镉汞材料的面积大小、组分均匀性以及电学性质的要求越来越高。要实现载流子在较大范围内的控制以满足各类红外探测器的要求，需要对碲镉汞材料进行掺杂。掺杂技术与pn结的性能及质量相关。基于p-on-n器件结构，n型掺杂时少子寿命高，光电二极管的暗电流较低。此外，n型吸收层的高电子迁移率降低了串联电阻，可制备非常大的阵列。
据麦姆斯咨询报道，近期，华北光电技术研究所的科研团队在《红外》期刊上发表了以“分子束外延In掺杂硅基碲镉汞研究”为主题的文章。该文章第一作者为王丹，主要从事红外材料分子束外延技术方面的研究工作。
本文主要利用MBE设备实现了硅基MCT的原位n型掺杂。在固定MCT组分下，研究了In源温度与n型掺杂水平的关系。此外，制备了不同In掺杂浓度的MCT外延材料，研究了掺杂浓度对材料位错的影响。在低温汞饱和蒸气压下对材料进行了处理，然后测试了汞空位补偿后材料的电学性能，并研究了退火后材料电学性能的变化情况，最终实现了质量高、电学性能良好的In掺杂MCT材料制备。
实验过程
利用芬兰DCA仪器公司生产的MBE生长系统在3 in Si（211）晶圆表面上生长In掺杂MCT外延层。生长之前，对Si晶圆衬底进行表面预处理。经过湿化学清洗过程，在硅晶圆表面上形成氢钝化层。氢钝化后，将硅晶圆装入进样舱和缓冲室（进行除气），再将其转入生长腔室。首先进行氢脱附，再经过As钝化、ZnTe缓冲层生长，最后生长厚度约为6 μm的CdTe缓冲层。采用直接掺杂的方法将In掺至MCT中。生长MCT时直接打开In源的挡板门。当MCT生长结束时关闭所有挡板门，获得In掺杂MCT外延片。设置不同的In源温度，制备In梯度掺杂MCT外延层，用于研究源温对In掺杂浓度的影响。
将In掺杂MCT外延片划成20 mm×20 mm的小片，封管后在汞饱和条件下进行汞空位补偿退火。将所有实验样品在250℃汞饱和蒸气压下退火48 h。
用傅里叶红外光谱仪（FTIR）测试样品材料的组分和厚度。用光学显微镜和场发射扫描电子显微镜（SEM）观测MCT外延层的表面形貌。In掺杂水平通过SIMS进行测试表征。对In掺杂MCT外延片进行汞空位补偿处理后，在液氮温度下对其进行了霍尔测试，以确定材料的类型、载流子浓度和载流子迁移率。使用Chen腐蚀液来确定腐蚀坑密度（EPD）。
结果分析及讨论
基于单质In，在固定组分的情况下进行了In梯度掺杂MCT薄膜的制备。在同一生长过程中，相比于非掺杂MCT制备，仅升高In源温度，最终获得了材料厚度为8.5 μm、组分为0.30的MCT外延层。
用SIMS检测掺杂的In离子浓度（结果见图1）。掺杂源温度分别为400℃、420℃、435℃和450℃。从图1中可以看出，In掺杂区浓度基本没有波动，表明掺杂浓度均匀；改变掺杂源温度时，出现明显的陡峭坡度，说明通过直接控制挡板门的开关即可开始或停止掺杂过程。使用单质In可使组分为0.3左右的MCT材料实现1×10¹⁵～2×10¹⁶cm⁻³的掺杂浓度。对于In掺杂，在同一生长过程中，通过调整In源温度可制备出不同掺杂水平的碲镉汞。美国Raytheon Vision Systems公司的相关研究表明，在相同的生长过程中，In掺杂对MCT的组分值不敏感。对于给定的源温，不论组分值是多少，都会得到相同的掺杂水平。在典型的生长温度范围（170～190℃）内，In掺杂不依赖于生长温度，而只依赖于生长速率；在固定的源温下，通过较低的生长速率可以得到较高的掺杂水平。