CN100541834C - 平面型碲镉汞光伏器件离子注入损伤层的消除方法 - Google Patents

平面型碲镉汞光伏器件离子注入损伤层的消除方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种平面型碲镉汞光伏器件离子注入损伤层的消除方法，该方法采用湿法腐蚀剥离离子注入表面严重损伤层，腐蚀液用1‰的溴/乙醇或1‰的溴/氢溴酸，腐蚀液温度为冰水点。剥层厚度的确定是基于反偏条件下PN结的I-V曲线给出的暗电流大小或R-V曲线的形状和峰值可以反映器件表面漏电和产生-复合中心密度的大小。通过监测腐蚀过程中PN结的I-V曲线或R-V曲线的变化来确定腐蚀剥层的截止点。本发明的优点是：方法简便有效、重复件好。

Description

平面型碲镉汞光伏器件离子注入损伤层的消除方法
技术领域
本发明涉及平面型碲镉汞(HgCdTe)光伏器件的制备工艺，具体是指器件离子注入后在HgCdTe表面产生的严重损伤层的去除方法。
背景技术
HgCdTe红外探测器有光导型和光伏型二类，目前以光伏型器件的应用为主要方向。光伏型器件的核心是PN结，PN结的形成方法包括扩散和离子注入，其中离子注入由于工艺简单可控性强以及常温注入等优点而得到广泛的应用。离子注入过程是通过在P(或N)型材料表面进行选择性区域注入，使注入区域发生反型而形成N(或P)型区，从而形成平面型N-on-P或P-on-N PN结结构。高能离子注入会对材料晶格结构产生损伤，这些损伤会充当产生复合中心，增加器件表面漏电和暗电流，降低PN结的性能。在平面型HgCdTe光伏器件的制备中，尽管离子注入之前已经在HgCdTe表面沉积一层ZnS介质层作为离子注入阻挡层，以此来降低注入过程对HgCdTe晶格的损伤，但是由于HgCdTe材料属于窄禁带半导体，其Te-Hg键的结合能很小，微弱能量的离子注入就会使晶格原子发生位移而形成损伤，增大表面的产生-复合中心密度。因此需要在注入后对晶格进行修复，目前对P-on-N离子注入后的修复方式主要是通过高温退火电学激活来消除注入损伤，由于HgCdTe晶体的特殊性，对退火条件的要求十分苛刻，设备比较复杂，而且各个批次生长的HgCdTe晶体的物理和化学性质不尽相同，需要分别探索相应的退火方法，因此退火条件的适应性和重复性不高。对于N-on-P结构，由于对P型HgCdTe的注入损伤可转型成为N型，无须对注入N型导电离子进行高温退火电学激活就可形成PN结，这种结构虽然注入损伤会使P型区域转型，但表面的注入损伤还是存在，它会提高器件表面漏电和产生-复合电流，从而降低器件性能。
发明内容
基于已有的对N-on-P或P-on-N HgCdTe离子注入后的损伤和损伤修复方式存在的问题，本发明的目的是提出一种适应性和重复性较高的湿法腐蚀剥离离子注入严重损伤层的方法，该方法可改善器件的表面状态，从而降低由于注入损伤而导致器件较大的表面漏电和暗电流。
本发明的离子注入严重损伤层消除方法，其步骤如下：
A.配制1‰的溴/乙醇或1‰的溴/氢溴酸腐蚀溶液，将溶液置于容器内。
B.对离子注入后的样品进行腐蚀剥层前的I-V或R-V扫描测试，并记录I-V或R-V扫描曲线，测试温度根据器件工作温度而定。
C.然后将样品浸入腐蚀溶液中，腐蚀液温度为冰水点，腐蚀时间为1秒后即取出，进行I-V或R-V扫描测试，与腐蚀剥层前的I-V比较，此时会观察到I-V曲线的反向暗电流开始变小，从R-V曲线看则是反向电阻的增大。
D.如此重复上述C步骤进行腐蚀、测试，当反向暗电流减小或电阻增大到某一值后便开始相反方向的变化，即暗电流开始变大，电阻开始减小，表明离子注入严重损伤层已去除，即停止腐蚀剥层。
本发明的优点是：方法简便有效、重复性好，特别适用于N-on-P型HgCdTe平面光伏器件。
附图说明
图1为本发明的I-V或R-V扫描测试示意图。
图2为本实施例的I-V扫描曲线。
图3为图2中的确定腐蚀剥层截止的一段I-V扫描曲线放大图。
图4为本实施例的R-V扫描曲线。
具体实施方式
下面以N-on-P型HgCdTe为实施例，结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：
见图1，样品1为N-on-P型HgCdTe光伏器件，I-V扫描测试仪2采用Keithley4200分析仪，样品置于测试仪的77K冷探针台上，N针尖电极3置在N型离子注入区，P针尖电极4置在P型HgCdTe上。然后对离子注入后的样品进行腐蚀剥层前的I-V扫描测试，并记录I-V扫描曲线。
本发明的关键是要掌握腐蚀剥层截止点，若剥层太薄，则达不到预期的效果，若剥层太厚，则会使得剩下的注入层深度太薄反而降低PN结性能。这一剥层厚度的确定是通过剥层过程中I-V或R-V特性的连续测试来获得。反偏条件下PN结的I-V曲线给出的暗电流大小以及R-V曲线的形状和峰值可以反映器件表面漏电和产生-复合中心密度的大小，通过监测腐蚀过程中PN结的I-V曲线或R-V曲线的变化来确定腐蚀剥层的截止点。由于剥层厚度通常较小，为了获得较小的腐蚀剥层速率，需要尽量低配比浓度的腐蚀液和尽量低的腐蚀温度，本实施例中我们选1‰的Br2/HBr溶液，腐蚀温度为冰水点(0度)。
图2给出了随着剥层过程的进行，器件I-V曲线的变化。为了能看清楚器件I-V曲线的变化，特将图2中的确定腐蚀剥层截止的一段I-V扫描曲线放大，见图3。图3中的曲线1为腐蚀剥层前、曲线2为第一次腐蚀剥层、曲线3为第二次腐蚀剥层、曲线4为第三次腐蚀剥层。从图3可明显看出，当进行第一次剥层后，器件反向暗电流明显降低，见曲线2；但从第二次剥层后，器件反向暗电流开始呈增大趋势，见曲线3；第三次剥层后，器件反向暗电流明显增大，见曲线4，表明离子注入严重损伤层已去除，即停止腐蚀剥层。图4给出的是对图3进行微分得到的R-V曲线。

Claims (1)

1.一种平面型碲镉汞光伏器件离子注入损伤层的消除方法，其特征在于具体步骤如下：
A.在容器内配制1‰的溴/乙醇或1‰的溴/氢溴酸腐蚀溶液；
B.对离子注入后的HgCdTe样品进行腐蚀剥层前的反向偏压I-V或R-V扫描测试，并记录I-V或R-V扫描曲线，测试温度根据器件工作温度而定；
C.然后将样品浸入腐蚀溶液中，腐蚀液温度为冰水点，腐蚀时间为1秒后即取出，进行I-V或R-V扫描测试，与腐蚀剥层前的I-V比较，此时会观察到I-V曲线的反向暗电流开始变小，从R-V曲线看则是反向电阻的增大；
D.反复重复上述C步骤，进行腐蚀、测试，当反向暗电流减小或电阻增大到某一值后便开始向反方向变化，即暗电流明显开始变大，电阻明显开始减小，表明此时离子注入严重损伤层已去除，即停止腐蚀剥层。
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