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氢化(hydrogenation)或氢钝化(hydrogen passivation)在Si和GaAs材料的工艺中已经得到了广泛的研究和应用,其基本原理是利用活性很强的氢原子或氢离子与材料原子之间的相互作用提高材料和器件的光电性能。本论文中作者利用ICP反应离子刻蚀设备,通过对设备的工艺条件进行调整,成功实现了对碲镉汞材料和器件的氢化。论文主要研究内容分三部分,包括:碲镉汞材料的氢化,碲镉汞光导器件的氢化和碲镉汞光伏器件的氢化。结果表明,利用ICP反应离子刻蚀设备可以实现对碲镉汞材料和器件的氢化,氢化效果与材料和器件的介质层厚度、等离子体的能量和密度以及反应气体的种类有关。论文取得的主要结果如下;
1.对N型碲镉汞材料进行适当条件的氢化处理可以在基本不影响载流子浓度的情况下大幅提高迁移率,提高少子寿命。
2.对ZnS作钝化层的光导器件,通过氢化处理可以提高其室温下的性能,由于光导器件的性能与介质层的固定电荷密度密切相关,实验中通过改变ZnS的厚度和氢化处理条件,发现介质层厚度和氢化处理条件会影响氢化效果。初步的结果是ZnS介质层较厚,降低等离子体的密度,提高离子能量能取得更好的效果。
3.通过对ZnS作钝化层的光导器件的研究表明,处理后器件性能的改善可能是由于不同的机制所致,发现光谱响应对比能更直接反映器件工艺改善的品质。
4.对碲镉汞光伏器件采用几种不同条件的氢化处理,发现通过选择合适的条件可以获得很好的氢化效果,氢化后器件的信号响应提高,噪声降低,优值因子RoA明显提高。理论分析表明,器件的暗电流主要是间接隧道电流限制和产生复合电流限制,氢化后载流子的间接跃迁中心密度和产生复合中心密度降低,从而改善了暗电流,提高了RoA。
5.综合对原本成结特性较差的器件的氢化以及氢化过程中的失效模式,我们认为光伏器件制备中的离子注入成结工艺导致的高密度的隧道中心可能是导致成品率较低的主要原因。