激光辐射波长和脉冲寿命对碲化镉熔化阈值的影响（英文）

作     者：列维茨基·谢尔盖 曹泽祥 柯巴·亚历山大 柯巴·玛丽亚 

作者机构：乌克兰国家科学院半导体物理研究所 乌克兰国立技术大学物理技术学院 乌克兰国民警卫研究所国家安全系 

出 版 物：《材料导报》 (Materials Reports)

年 卷 期：2024年第7期

页      面：44-49页

学科分类：081702[工学-化学工艺] 080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主　　题：碲化镉 熔化阈值 脉冲激光辐照 半导体激光掺杂 

摘      要：碲化镉的相对分子量为240，密度为5.885 g/cm3，熔点为1 092℃。碲化镉是一种Ⅱ-Ⅵ族的化合物半导体材料，属于直接带隙型，带隙宽度为1.56 eV。碲化镉是制造X射线、伽马射线和红外线探测器的基本材料。对碲化镉的特别关注主要是由于其大原子数和大的光电吸收截面。在基于CdTe的伽马辐射势垒探测器结构中，其表面的处理方法之一是纳秒激光照射，在某些情况下，纳秒激光照射可以在触点(Ag、In、Au)和势垒形成的技术处理阶段优化所需的表面参数。另一种方法是在脉冲激光照射下在碲化镉表面形成有序的纳米结构。对基于半导体及其结构的脉冲激光器，可根据其不同的脉冲持续时间τp和辐射波长λ将其分类。例如，红宝石激光器(λ=694 nm)、钕激光器(一次谐波1 064 nm和两次谐波532 nm)、准分子KrF激光器(248 nm)和XeF激光器(351 nm)等，其脉冲持续时间分别为7、20、80、120 ns。这些激光器常被应用于表面修饰等领域。因此，往往有必要事先知道或至少估计在脉冲激光辐射下碲化镉表面的熔化温度和阈值，这取决于激光脉冲持续时间τp、辐射波长(光吸收系数α(λ))以及碲化镉表面本身的电物理参数，特别是表面重组率S和非平衡电荷载流子的寿命。这些参数取决于表面处理的方法和掺杂物的浓度。在上述情况下，实验研究是非常耗费人力和时间的，因此基于τp、α(λ)和碲化镉表面本身的电物理参数对融化阈值th和表面温度进行理论计算变得非常重要。本工作采用激光照射碲化镉，辐射波长为300～800 nm，脉冲持续时间为7～120 ns。为了以非破坏性的和有效的方法来管理接近表面层状态的CdTe，在T=80 K下进行了光致发光实验。为了监测熔化阈值，研究了由Acrorad公司制造和抛光的尺寸为5 mm×5 mm×0.5 mm的Cl补偿p-CdTe(111)单晶的光致发光光谱。经过研究发现，在激光脉冲寿命从7ns到1μs的范围内，CdTe熔化阈值明显取决于光吸收系数α(λ)。因为在脉冲寿命长于1μs的情况下，热扩散深度明显大于CdTe中的激光辐射穿透深度，并开始依赖于反射系数R(λ)。对于较短的激光脉冲长度τp，当辐射波长λ变化时，熔化阈值会发生显著变化。同时，非平衡过剩载流子参数的变化(如表面重组速度S从103m/s增加到105m/s，还有扩散深度LD从0.4μm增加到2μm)会对CdTe熔化阈值产生至少25%的影响。而且红宝石激光的脉冲持续时间在(20±5)ns区间内的变化导致相对熔化阈值的变化(ΔIth/Ith)为35%。CdTe熔化阈值的计算值可以有效地被用于优化脉冲激光对晶体的表面处理与掺杂。