具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明第一方面实施例提出一种计算碲锌镉基碲镉汞材料杂质能级的方法，如图1所示，包括：

获取多个温度下碲锌镉基碲镉汞材料件的光致发光信号谱图；

通过分析多个所述光致发光信号谱图，获取三种能级跃迁随温度变化直线；由于能级间隙随温度变化而变化，通过观察光致发光信号谱图随温度变化情况，即可以找出三种能级跃迁随温度变化直线。三种能级跃迁包括导带与价带之间的能级跃迁、汞空位与导带之间的跃迁以及Te占据Hg空位后与价带之间的跃迁。

基于所述三种能级跃迁随温度变化直线，根据波束与能量对应关系，确定能带间距随温度变化情况和不同温度下主导的能级跃迁情况，从而得到所述碲锌镉基碲镉汞材料件在不同温度的能级结构及变化情况。

采用本发明实施例，在不损伤样品的情况下，能够快速计算碲锌镉基碲镉汞材料杂质能级的方法，且测试结果较精确。

在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。

根据本发明的一些实施例，所述多个温度均位于[5k，300k]区间内。可以理解的是，多个温度可以从[5k，300k]区间内获取。例如，多个温度可以包括：10K、30K、50K、60K、70K、90K、110K、150K、190K、230K、以及290K。

参照图2，根据本发明的一些实施例，所述获取多个温度下碲锌镉基碲镉汞材料件的光致发光信号谱图，包括：

将碲锌镉基碲镉汞材料件放入样品室内；

打开傅里叶红外光谱系统的真空泵，以使所述傅里叶红外光谱系统中的光路组件处于真空环境，所述光路组件包括探测器和干涉仪；

利用控温组件控制所述样品室的温度处于设定温度后，打开激光器，以产生连续激光；

斩波器将所述激光调制成交变信号，所述交变信号用于激发所述碲锌镉基碲镉汞材料件产生红外调制光致发光信号；可以理解的是，交变信号照射到碲锌镉基碲镉汞材料件后，可以激发碲锌镉基碲镉汞材料件产生红外调制光致发光信号，红外调制光致发光信号携带碲锌镉基碲镉汞材料件的特性信息。

依次通过所述光路组件以及锁相放大器对所述红外调制光致发光信号进行预处理后，通过电路控制板转换为电信号，以在计算机上形成该设定温度下的光致发光信号谱图；

通过所述控温组件调节所述样品室的温度，以获得不同温度下的光致发光信号谱图。

根据本发明的一些实施例，在将碲锌镉基碲镉汞材料件放入样品室内之前，在所述碲锌镉基碲镉汞材料件的表面生长CdTe和ZnS钝化层。

根据本发明的一些实施例，所述碲锌镉基碲镉汞材料件为通过采用液相外延方法在碲锌镉衬底上生长碲镉汞、并在饱和汞蒸气条件下进行退火工艺而生成；

所述退火工艺包括：

在350℃-400℃温度区间内退火3h后，在250℃温度下保持72h。

相关技术中的基于步进扫描傅里叶红外光谱仪的红外调制光致发光测试，能够得到各杂质或缺陷能级的发光位置和强度信息。但液相外延生长的碲镉汞材料载流子浓度低，信号强度较弱，难以得到光致发光测试结果。因此，本申请通过一定的退火条件和钝化层生长工艺，可以提高碲镉汞材料光致发光强度。最终经过分析计算最终得到各能带的位置，和不同温度下的主导情况。

根据本发明的一些实施例，所述通过分析多个所述光致发光信号谱图，获取三种能级跃迁随温度变化直线，包括：

通过三条直线段覆盖多个所述光致发光信号谱图中波峰。可以理解的是，多个光致发光信号谱图中的波峰均可以被三条直线段所覆盖，每条直线段可以覆盖至少一个光致发光信号谱图中的波峰，如图3所示，图中，A、B、C代表三种不同能级跃迁，由于能级间隙随温度变化而变化，A、B、C三条虚线代表了三种能级跃迁随温度变化情况。

根据本发明的一些实施例，基于所述三种能级跃迁随温度变化直线，根据波束与能量对应关系，确定能带间距随温度变化情况和不同温度下主导的能级跃迁情况，从而得到所述碲锌镉基碲镉汞材料件在不同温度的能级结构及变化情况，包括：

针对每一个所述光致发光信号谱图，获取所述光致发光信号谱图与所述三种能级跃迁随温度变化直线的三个交点对应的波数；

根据波束与能量对应关系，确定三个波数对应的三个能量值；

所述三个能量值中的最大值对应的交点为导带与价带跃迁所致，与所述最大值相差最小的能量值对应的交点为汞空位与导带之间的跃迁所致，其他能量值对应的交点为Te占据Hg空位后与价带之间的跃迁所致。

例如，参照图3，以温度70K时为例，虚线A、B、C分别对应的波数(x坐标)为1919cm-1、1846cm-1、1685cm-1，根据波数与能量关系：E(eV)＝1.24/λ(μm)，计算得出分别对应的能量E为0.238eV、0.229eV和0.209eV。

通常导带与价带之间的能级跃迁能量最高，反映HgCdTe材料的禁带宽度，因此A能级跃迁为导带与价带间跃迁导致。B能级、C能级与A能级跃迁相差能量分别为9meV(0.238eV-0.229eV)和29meV(0.238eV-0.209eV)，由能带差值可得B跃迁为汞空位与导带之间的跃迁，C跃迁为Te占据Hg空位后与价带之间的跃迁。由此可以得出杂质能级B处于导带下9mev、杂质能级C处于价带上29meV处的位置。

下面参照图2-图3以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的计算碲锌镉基碲镉汞材料杂质能级的方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

本发明实施例的计算碲锌镉基碲镉汞材料缺陷能级的方法，是基于步进扫描傅里叶红外光谱仪的红外调制光致发光测试，测试主要应用傅里叶红外光谱仪中迈克尔逊干涉仪系统和光致发光光谱仪相结合，利用傅里叶红外光谱仪高信噪比和良好的分辨能力的优势探测材料的光致发光信号，得到不同能级间电子跃迁的信息，进而可以通过能带宽度计算碲锌镉基碲镉汞材料杂质能级。

本发明实施例的计算碲锌镉基碲镉汞材料缺陷能级的方法所用到的测试装置包括：激光器、样品室、控温组件、傅里叶红外光谱系统和信号调制处理系统。控温组件包括与样品室连接的降温连接件、与降温连接件连接的液氮/液氦、以及用于控制液氮/液氦释放量的温度控制器。傅里叶红外光谱系统包括迈克尔逊干涉仪、探测器和真空泵。信号调制系统包括斩波器、锁相放大器、电路控制板和计算机，各个组成部件的位置以及连接关系如图2所示。

本发明实施例的计算碲锌镉基碲镉汞材料缺陷能级的方法，具体包括以下步骤：

步骤1、用液相外延的方法在碲锌镉衬底上生长碲镉汞材料，控制生长厚度不超过20μm。

步骤2、将生长好的碲锌镉基碲镉汞材料在饱和汞蒸气条件下进行退火，退火温度350-400℃保持3h，然后转为250℃保持72h。

步骤3、在退火后的样品表面生长CdTe和ZnS钝化层，生长温度设置为80℃。

步骤4、将生长完钝化层的样品装入样品室。

步骤5、打开傅里叶红外光谱系统真空泵，使光路处于真空状态。

步骤6、连接降温连接件，用液氮/液氦进行降温。

步骤7、激光器功率设置成100mW，打开激光器发出连续激光，经斩波器调制成交变信号，经调制的激光入射到样品上产生红外调制光致发光信号。

步骤8、红外调制光致发光信号进入干涉仪，经干涉仪动镜和定镜反射后输入探测器。

步骤9、探测器连接锁相放大器，锁相放大器信号输入电路控制板，最终在计算机上得到材料的光致发光信号谱图。

步骤10、改变测试温度，使用温度控制器使温度达到设定值，得到不同温度下一系列光致发光信号谱图。

步骤11、分析与计算不同温度下的能带和杂质能级跃迁能量，如图3中直线A、B、C，得到能带间距随温度变化情况和不同温度下主导的能级跃迁情况。最终得到碲镉汞材料不同温度的能级结构及变化情况。

A、B、C代表三种不同能级跃迁，由于能级间隙随温度变化而变化，A、B、C三条虚线代表了三种能级跃迁随温度变化情况。

波长与波数关系满足：λ(μm)＝104/(波数)cm-1。

根据光量子方程：E＝h·ν、h为普朗克常数、ν为频率，光速方程：c＝λ·ν、λ为波长、ν为频率，运算两个方程得到E＝hc/λ，而h＝4.13×10-15eV·s，c＝3×1014μm·s-1，故hc＝1.24eV·μm，即E(eV)＝1.24/λ(μm)。

波数与能量关系满足：E(eV)＝1.24/λ(μm)。

参照图3所示，以温度70K时为例，虚线A、B、C分别对应的波数(x坐标)为1919cm-1、1846cm-1、1685cm-1，计算得出分别对应的能量E为0.238eV、0.229eV和0.209eV。

通常导带与价带之间的能级跃迁能量最高，反映HgCdTe材料的禁带宽度，因此A能级跃迁为导带与价带间跃迁导致。B能级、C能级与A能级跃迁相差能量分别为9meV(0.238eV-0.229eV)和29meV(0.238eV-0.209eV)，由能带差值可得B跃迁为汞空位与导带之间的跃迁，C跃迁为Te占据Hg空位后与价带之间的跃迁。由此可以得出杂质能级B处于导带下9mev、杂质能级C处于价带上29meV处的位置。

液相外延生长的碲镉汞材料光致发光信号较弱，通过在一定条件下进行退火和表面生长钝化层的方法，能够有效的提高光致发光信号的强度。应用基于步进扫描傅里叶红外光谱仪的红外调制光致发光测试方法，能够进行不同温度碲镉汞材料的光致发光测试，并得到碲镉汞材料不同温度的能级结构及变化情况。

本发明主要用于计算液相外延(LPE)生长的碲镉汞(MCT)材料杂质能级的方法。测试主要采用经红外调制过的光致发光测试得到包含碲镉汞材料能级信息的谱图，又通过控制温度得到不同温度下的包含能级信息的谱图。对谱图进行汇总计算，对比不同峰位置和强度的变化，得到不同温度下占主导的能级跃迁方式及缺陷能级位置和数量等信息，是一种计算碲锌镉基碲镉汞材料缺陷能级的新方法。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

根据本发明实施例的计算碲锌镉基碲镉汞材料杂质能级的设备，包括：

测试装置，用于获取多个温度下碲锌镉基碲镉汞材料件的光致发光信号谱图；

分析单元，用于通过分析多个所述光致发光信号谱图，获取三种能级跃迁随温度变化直线；基于所述三种能级跃迁随温度变化直线，根据波束与能量对应关系，确定能带间距随温度变化情况和不同温度下主导的能级跃迁情况，从而得到所述碲锌镉基碲镉汞材料件在不同温度的能级结构及变化情况。

采用本发明实施例，在不损伤样品的情况下，能够快速计算碲锌镉基碲镉汞材料杂质能级的方法，且测试结果较精确。

在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。

如图2所示，根据本发明的一些实施例，所述测试装置，包括：

样品室，用于盛放碲锌镉基碲镉汞材料件；

控温组件，用于调节所述样品室的温度；例如，控温组件可以控制样品室的温度保持在[5k，300k]之间的任一温度下，包括10K、30K、50K、60K、70K、90K、110K、150K、190K、230K、以及290K。

带真空泵的真空室，用于盛放光路组件并使令所述光路组件处于真空环境，所述光路组件包括探测器和干涉仪；

激光器，用于释放出连续激光；

斩波器，用于将连续激光调制成交变信号，以激发所述碲锌镉基碲镉汞材料件产生红外调制光致发光信号；

锁相放大器，用于接收经过所述光路组件处理后的红外调制光致发光信号；

电路控制板，用于将所述锁相放大器输出的光信号转化为电信号；

计算机，用于接收所述电信号以显示对应温度下的光致发光信号谱图。

进一步的，在将碲锌镉基碲镉汞材料件放入样品室内之前，在所述碲锌镉基碲镉汞材料件的表面生长CdTe和ZnS钝化层。

所述碲锌镉基碲镉汞材料件为通过采用液相外延方法在碲锌镉衬底上生长碲镉汞、并在饱和汞蒸气条件下进行退火工艺而生成；所述退火工艺包括：在350℃-400℃温度区间内退火3h后，在250℃温度下保持72h。

根据本发明的一些实施例，所述分析单元，用于：

通过三条直线段覆盖多个所述光致发光信号谱图中波峰，以获取三种能级跃迁随温度变化直线；

针对每一个所述光致发光信号谱图，获取所述光致发光信号谱图与所述三种能级跃迁随温度变化直线的三个交点对应的波数；

根据波束与能量对应关系，确定三个波数对应的三个能量值；

所述三个能量值中的最大值对应的交点为导带与价带跃迁所致，与所述最大值相差最小的能量值对应的交点为汞空位与导带之间的跃迁所致，其他能量值对应的交点为Te占据Hg空位后与价带之间的跃迁所致。

需要说明的是，在本说明书的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

不应将位于括号之内的任何参考符号构造成对权利要求的限制。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。