수은카드뮴 텔루라이드

Hg_1−xCd_xTe or mercury cadmium telluride (also cadmium mercury telluride, MCT, MerCad Telluride, MerCadTel, MerCaT or CMT) is a chemical compound of cadmium telluride (CdTe) and mercury telluride (HgTe) with a tunable bandgap spanning the shortwave infrared to the very long wave infrared regions. 합금에 들어있는 카드뮴(Cd)의 양은 물질의 광학 흡수를 원하는 적외선 파장에 맞추어 선택할 수 있다. CdTe는 상온에서 밴드갭이 약 1.5 전자볼트(eV)인 반도체다. HgTe는 반메탈로, 밴드갭 에너지가 0이라는 뜻이다. 이 두 물질을 섞으면 0에서 1.5 eV 사이의 어떤 밴드갭도 얻을 수 있다.

카드뮴 구성의 함수로서의 에너지 갭.

특성.

물리적인

아연블렌드 단위 세포

HgCdTe는_1−x_x 원시 세포에서 (1/4,1/4,4,1/4)a만큼_o 서로 관통하는 두 개의 얼굴 중심의 입방 격자를 가진 아연블렌드 구조를 가지고 있다. 계량 Cd는 노란색 서브레이티에서 통계적으로 Hg가 혼합된 반면 Te Anion은 이미지에서 회색 서브레이티스를 형성한다.

일렉트로닉

Hg 함량이 큰 HgCdTe의 전자 이동성은 매우 높다. 적외선 검출에 사용되는 일반적인 반도체 가운데 상온에서 HgCdTe의 전자 이동성을 능가하는 반도체에는 InSb와 InAs만이 있다. 80K에서 HgCdTe의_0.8_0.2 전자 이동성은 수십만 cm²/(V/s)가 될 수 있다. 전자는 또한 이 온도에서 긴 탄도 길이를 가지고 있다; 그들의 평균 자유 경로는 몇 마이크로미터가 될 수 있다.

고유 반송파 농도는 다음과 같다.

$n_{i}(t,x)=(5.585-3.82x+(1.753\cdot 10^{-3})t-1.364\cdot 10^{-3}t\cdot x)\cdot 10^{14}\cdot E_{g}(t,x)^{0.75}\cdot t^{1.5}\cdot e^{\frac {-E_{g}(t,x)\cdot q}{2\cdot k\cdot t}}$

여기서 k는 볼츠만의 상수, q는 기본 전하, t는 재료 온도, x는 카드뮴 농도의 백분율, E는_g 에서 주어지는 밴드갭이다.

x 성분과 온도 함수로 전자 볼트에서의 HgCdTe Bandgap

hgCdTe 컷오프 파장(µm) x 성분 및 온도 함수

밴드갭과 컷오프 파장의 관계

$E_{g}(t,x)=-0.302+1.93\cdot x+(5.35\cdot 10^{-4})\cdot t\cdot(1-2\cdot x)-0.81\cdot x^{2}+0.832\cdot x^{3}}$

$\lambda _{p}={\frac {1.24}{E_{g}}}$ $\lambda _{p}={\frac {1.24}{E_{g}}}$ = $\lambda _{p}={\frac {1.24}{E_{g}}}$ . $\lambda _{p}={\frac {1.24}{E_{g}}}$ $\lambda _{p}={\frac {1.24}{E_{g}}}$ g ${\$ p}={\ $frac{1.24}{$ E__g ${g$ 을(를) 사용하여 X와 t의 함수로도 컷오프 파장을 얻을 수 있다.

$\p}=(-0.244+1.556\cdot x+(4.31\cdot 10^{-4})\cdot t\cdot t\cdot(1-2\cdot x)-0.65\cdot x^{2}+0.671\cdot x^{3}:{-1}}:{-1}}}}}:{-1$

소수 운송업자 수명

오거 재조합

오거 재조합의 두 가지 유형은 HgCdTe: 오거 1과 오거 7 재조합에 영향을 미친다. 오거 1 재조합은 전자 2개와 홀 1개를 포함하며, 여기서 전자와 홀이 결합하고 남은 전자는 밴드 간격과 같거나 더 큰 에너지를 받는다. 오거 7 재조합은 오거 1과 비슷하지만 전자 1개와 구멍 2개를 포함한다.

본질적(불완전한) HgCdTe에 대한 오거 1 소수민족 통신사 수명은 다음과^[3] 같다.

$\tau_{Auger1}(t,x)={\frac {2.12\cdot 10^{-14}\cdot {\sqrt {E_{g}(t,x)}}}\cdot e^{q\cdot E_{g}}{k\cdot t}}}}}}}}}}{{}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}FF^{2}\cdot({\frac {k\cdot t}{q}})^{1.5}}}$

여기서 FF는 오버랩 일체형(약 0.221).

도핑된 HgCdTe에 대한 오거 1 소수민족 통신사 수명은 다음과 같다.

${\displaystyle \tau_{Auger1_{dodoped}(t,x,n)={\frac {2\cdot \tau_{Auger1(t,x)}}}}{\frac {n}{i}(t,x)^{2}}:$

여기서 n은 평형 전자 농도다.

본질적인 HgCdTe의 오거 7 소수민족 통신사 수명은 오거 1 소수민족 통신사 수명보다 약 10배 길다.

$\tau_{Auger7}(t,x)=10\cdot \tau_{Auger1}(t,x)$

도핑된 HgCdTe에 대한 오거 7 소수민족 통신사 수명은 다음과 같다.

$\tau_{Auger7_{dodoped}(t,x,n)={\frac {2\cdot \tau_{Auger7(t,x)}}}{1+({\frac {n_{i})({n}}}}}:{2}}:$

소수 통신사 수명에 대한 오거 1과 오거 7의 총 기여도는 다음과 같이 계산된다.

$\tau_{Auger}(t,x)={\frac {\tau_{Auger1}(t,x)\cdot \tau_{Auger1}(t,x)+\tau_{Auger7}(t,x)}}}}}}}$

기계적인

HgCdTe는 Hg가 텔루륨과 결속력이 약해 부드러운 소재다. 일반적인 III-V 반도체보다 부드러운 소재다. HgTe의 Mohs 경도는 1.9, CdTe는 2.9, HgCdTe는_0.5_0.5 4이다. 납염의 경도는 여전히 낮다.

열적

HgCdTe의 열전도율은 낮으며, 카드뮴 농도가 낮을 경우 0.2W·Km까지⁻¹⁻¹ 낮다. 이는 고출력 장치에 적합하지 않다는 것을 의미한다. 적외선발광 다이오드와 레이저가 HgCdTe에서 만들어졌지만,효율적이려면냉간 작동해야 한다. 특정 열 용량은 150 J/kgK이다⁻¹⁻¹.^[5]

광학

HgCdTe는 에너지 갭 아래의 광자 에너지에서 적외선에 투명하다. Hg 함량이 높은 HgCdTe의 경우 굴절률이 4에 육박할 정도로 높다.

적외선 검출

HgCdTe는 접근 가능한 대기 창문에 모두 적외선 방사선을 탐지할 수 있는 유일한 일반 물질이다. 3~5µm(중파 적외선 창, 약칭 MWIR) 및 8~12µm(장파 창, LWIR)이다. MWIR 및 LWIR 창에서 30% [(HgCd_0.7_0.3)]를 사용하여 탐지Te] 및 20% [(HgCd_0.8_0.2)Te] 카드뮴. HgCdTe는 2.2~2.4µm, 1.5~1.8µm의 단파 적외선 WWID 대기창에서도 검출할 수 있다.

HgCdTe는 푸리에 변환 적외선 분광기의 광검출기에서 흔히 볼 수 있는 물질이다. 이는 HgCdTe 검출기의 스펙트럼 범위가 크고 양자 효율도 높기 때문이다. 군사 분야, 원격 감지, 적외선 천문학 연구에서도 발견된다. 군사 기술은 야간 시야에 HgCdTe에 의존해 왔다. 특히 미 공군은 모든 항공기에 HgCdTe를 광범위하게 활용하고 있으며, 공중 스마트 폭탄을 장착하고 있다. 다양한 열추적 미사일에도 HgCdTe 탐지기가 탑재돼 있다. HgCdTe 검출기 배열도 여러 위성을 포함한 세계 주요 연구 망원경 대부분에서 찾아볼 수 있다. 많은 HgCdTe 검출기(Hawaii, NICMOS 검출기 등)는 원래 개발되었던 천문 관측소나 계측기의 이름을 따서 명명된다.

LWIR HgCdTe 기반 검출기의 주요 제한 사항은 열로 인한 전류 캐리어로 인한 소음을 줄이기 위해 액체 질소(77K)에 가까운 온도까지 냉각이 필요하다는 것이다(냉방 적외선 카메라 참조). MWIR HgCdTe 카메라는 열전 냉각기가 접근할 수 있는 온도에서 약간의 성능 저하로 작동할 수 있다. 따라서 HgCdTe 검출기는 지압계에 비해 상대적으로 무겁고 유지관리가 필요하다. 반면 HgCdTe는 검출 속도(프레임 레이트)가 훨씬 높고 일부 경제 경쟁사보다 훨씬 민감하다.

HgCdTe는 로컬 소스와 반환된 레이저 광원 사이의 간섭이 감지되는 헤테로디네 검출기로 사용할 수 있다. 이 경우 CO₂ 레이저와 같은 선원을 검출할 수 있다. 헤테로디네 검출 모드에서는 냉각을 통해 더 큰 감도를 달성하지만 HgCdTe는 냉각되지 않을 수 있다. 광다이오드, 광전자기 또는 PEM(광전자기) 모드를 사용할 수 있다. 1GHz를 훨씬 초과하는 대역폭은 광다이오드 검출기로 달성할 수 있다.

HgCdTe의 주요 경쟁사는 민감도가 낮은 Si 기반 광도계(미장착 적외선 카메라 참조), InSb 및 광자계수 초전도 터널 접합(STJ) 어레이다. 이론적 성능 한계가 유사한 온도에서 HgCdTe 어레이에 비해 열악하고 특정 포를 극복하기 위해 복잡한 반사/감소 그라프트를 사용해야 하지만 GaAs, AlGaAs 등 III-V 반도체 재료로 제조된 양자 우물 적외선 광검출기(QWIP)도 가능한 대안이다.어레이 응답성에 영향을 미치는 애러라이징 제외 효과. 앞으로 HgCdTe 검출기의 1차 경쟁자는 콜로이드 또는 타입 II 슈퍼래티스 구조를 기반으로 Quantum Dot 적외선 검출기(QDIP) 형태로 등장할 수 있다. 독특한 3-D 양자 구속 효과와 양자점의 단극성(비익시톤 기반 광전거동) 특성을 결합하면 훨씬 높은 작동 온도에서 HgCdTe에 필적할 수 있다. 초기 실험실 연구는 이와 관련하여 유망한 결과를 보여주었으며 QDIP는 최초로 등장한 중요한 나노기술 제품 중 하나일 수 있다.

HgCdTe에서 검출은 충분한 에너지의 적외선 광자가 발랑 대역에서 전도 대역으로 전자를 차면 발생한다. 그러한 전자는 적절한 외부 판독 집적회로(ROIC)에 의해 수집되어 전기 신호로 변환된다. HgCdTe 검출기 어레이와 ROIC의 물리적 결합을 흔히 "초점 평면 어레이"라고 한다.

이와는 대조적으로, 볼로미터에서는 빛은 아주 작은 물질을 가열한다. 전압계의 온도 변화는 저항의 변화를 초래하며, 저항은 측정되어 전기 신호로 변환된다.

수은아연 텔루라이드는 HgCdTe보다 화학적, 열적, 기계적 안정성 특성이 우수하다. HgCdTe보다 수은 성분으로 에너지 갭이 더 가파르게 변화해 합성 조절이 더 어렵다.

HgCdTe 성장 기술

벌크 결정 성장

첫 번째 대규모 성장 방법은 액체 용해물의 대량 재시뮬레이션이었다. 이것이 1950년대 후반부터 1970년대 초반까지의 주요 성장 방법이었다.

상피 성장

매우 순수하고 결정성이 높은 HgCdTe는 CdTe 또는 CdZn에서 에피택스에 의해 제조된다.기판. CdZnTe는 복합 반도체로 의 격자 매개변수가 HgCdTe와 정확히 일치할 수 있다. 이것은 HgCdTe의 epilayer에서 대부분의 결함을 제거한다. CdTe는 90년대에 대체 기질로 개발되었다. HgCdTe와 격자는 아니지만 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge) 기판에 상피로 재배할 수 있어 훨씬 저렴하다.

CdZn이 있는 LPE(액상 에피택시)Te 기질이 낮아져 천천히 냉각되는 액체 HgCdTe 용해 표면 위에서 회전한다. 이것은 결정질 측면에서 최상의 결과를 제공하며, 여전히 산업 생산을 위한 일반적인 선택 기법이다.

최근 몇 년 동안 분자 빔 에피택시(MBE)는 서로 다른 합금 구성의 층을 쌓는 능력 때문에 널리 퍼졌다. 이것은 몇 개의 파장에서 동시 탐지를 가능하게 한다. 또한 MBE와 MOVPE는 CdTe on Si 또는 Ge와 같은 대형 면적 기판에서 성장을 허용하는 반면, LPE는 그러한 기판을 사용하는 것을 허용하지 않는다.

독성

수정 성장 기술의 발전은 HgCdTe의 용해 지점에서의 Hg의 높은 증기압력과 물질의 알려진 독성에도 불구하고 40년 동안 고의적이고 꾸준히 진행되어 왔다.

참고 항목

기타적외선검출물질

인듐 안티모니드, 인듐 비소화, 납 셀레니드, QWIP, QDIP.

기타

적외선, 열전술.

참조

메모들

^ Schmidt; Hansen (1983). "Calculation of intrinsic carrier concentration in HgCdTe". Journal of Applied Physics. 54. doi:10.1063/1.332153.
^ Hansen (1982). "Energy gap versus alloy composition and temperature in HgCdTe". Journal of Applied Physics. 53. doi:10.1063/1.330018.
^ Kinch (2005). "Minority Carrier Lifetime in p-HgCdTe". Journal of Electronic Materials. 34.
^ Redfern (2001). "Diffusion Length Measurements in p-HgCdTe Using Laser Beam Induced Current". Journal of Electronic Materials. 30.
^ Chen, C S; Liu, A H; Sun, G; He, J L; Wei, X Q; Liu, M; Zhang, Z G; Man, B Y (2006). "Analysis of laser damage threshold and morphological changes at the surface of a HgCdTe crystal". Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 8: 88. doi:10.1088/1464-4258/8/1/014.
^ https://apps.dtic.mil/sti/pdfs/ADA592435.pdf

참고 문헌 목록

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협갑 카드뮴 기반 화합물의 특성, Ed. P. Capper (INSPEC, IEE, 영국 런던, 1994) ISBN 0-85296-880-9
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Hall, Donald N. B.; Atkinson, Dani (2012). Performance of the first HAWAII 4RG-15 arrays in the laboratory and at the telescope. Bibcode:2012SPIE.8453E..0WH. doi:10.1117/12.927226.
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외부 링크

[1] Schmidt; Hansen (1983). "Calculation of intrinsic carrier concentration in HgCdTe". Journal of Applied Physics. 54. doi:10.1063/1.332153.

[2] Hansen (1982). "Energy gap versus alloy composition and temperature in HgCdTe". Journal of Applied Physics. 53. doi:10.1063/1.330018.

[3] Kinch (2005). "Minority Carrier Lifetime in p-HgCdTe". Journal of Electronic Materials. 34.

[4] Redfern (2001). "Diffusion Length Measurements in p-HgCdTe Using Laser Beam Induced Current". Journal of Electronic Materials. 30.

[5] Chen, C S; Liu, A H; Sun, G; He, J L; Wei, X Q; Liu, M; Zhang, Z G; Man, B Y (2006). "Analysis of laser damage threshold and morphological changes at the surface of a HgCdTe crystal". Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 8: 88. doi:10.1088/1464-4258/8/1/014.

[6] ttps://apps.dtic.mil/sti/pdfs/ADA592435.pdf

[3]

[5]

v t 카드뮴 화합물
카드뮴(I)	Cd₂(AlCl₄)₂
카드뮴(II )	Cd(BF₄)₂ CdF₂ CdCl₂ CdBr₂ CdI₂ CD(CN)₂ CdH₂ CdO CdS CdSe CdTe Cd(OH)₂ Cd(NO₃)₂ CdSO₄ CdCrO₄ CdWO₄ Cd₃As₂ Cd₃P₂ CsCdCl₃ CsCdBr₃ Cd(CH₃CO₂)₂ Cd(OCH₂₁₇₃₅)₂

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