本文關(guān)鍵詞：溶液法生長碘化汞晶體及機(jī)理分析

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【摘要】：碘化汞(α-HgI2)晶體是直接躍遷寬帶隙的Ⅱ-Ⅶ族化合物半導(dǎo)體,其原子序數(shù)高(Z,g=80,Z1=53),禁帶寬度大(300K,2.13eV),體暗電阻率高(ρ1013Q·cm)、電離效率高(52%),光電吸收系數(shù)大,探測效率高,能量分辨率好,對X、y射線有較高的靈敏度等一系列良好的特征,是制備良好室溫半導(dǎo)體探測器的材料,其在核輻射探測,數(shù)字記錄,醫(yī)學(xué)成像,土壤環(huán)境檢測等領(lǐng)域,都有著廣泛的研究和應(yīng)用價(jià)值。目前,多晶α-HgI2薄膜在成像領(lǐng)域有著深入的發(fā)展和應(yīng)用。在晶體結(jié)構(gòu)研究中,擇優(yōu)生長的α-HgI2多晶薄膜可達(dá)到1014Ω·cm的電阻率,大大降低成像探測器的漏電流,同時(shí)和像素匹配的多晶顆�？梢垣@得更好的空間分辨率。因此獲得高擇優(yōu)取向的多晶薄膜成為核輻射探測和醫(yī)學(xué)成像器件的研究熱點(diǎn)。獲得高擇優(yōu)取向多晶α-HgI2薄膜可采用精密溫控技術(shù)或者輔助定向生長技術(shù)來實(shí)現(xiàn),而溶液法生長α-HgI2籽晶層后再進(jìn)行氣相外延薄膜生長是一種有效的方法。近年來由于高純?nèi)軇┥唐返钠占?采用溶液法生長成像用多晶薄膜的外延襯底層及優(yōu)質(zhì)單晶成為可能。因此本課題以大塊單晶及擇優(yōu)生長的同質(zhì)外延籽晶層生長為主要研究內(nèi)容。為了獲得α-HgI2單晶,通過BFDH(Bravais-Friedel-Donnay-Harker)法則預(yù)測晶體的理想形貌。確定晶體重要晶面的顯露順序?yàn)閧001}{101}{110}；采用二甲基亞砜(DMSO)為溶劑,在初始溫度為25℃,每4h升溫1℃,生長時(shí)間為4天的工藝下,成功獲得自然面積約25mmm2的HgI2晶體。X射線衍射(XRD)測試表明,生長的晶體最大晶面為(001),晶體形貌與預(yù)測結(jié)果非常接近。為了獲得具有較好朝向性的籽晶樣品,建立了DMSO-H2O-HgI2、HgCl2-KI-H2O、 HgO-HI-H2O、HgI2-HI-H2O三大體系,分析了體系中的離子／配合物種類,確定體系中存在的生長單元；觀察的籽晶樣品表面形貌；測了籽晶的擇優(yōu)生長取向。在DMSO-H2O-HgI2體系中,配制HgI2:DMSO=0.00375g/mL,在35℃以1滴/3s的速度加入20mL的去離子水獲得單一[011]晶向的α-HgI2籽晶樣品：配制HgI2:DMSO=0.0025g/mL在25℃以1滴/s的速度加入20mL的去離子水獲得具有單一[001]菱形形貌的β-HgI2M晶體,并研究了β-HgI2M向α-HgI2的相變動(dòng)力學(xué)研究。結(jié)果表明：β-HgI2M→α-HgI2相變是β-HgI2M中Ⅰ原子/離子通過短程擴(kuò)散,與相鄰分子中Hg配位鍵合的結(jié)構(gòu)重構(gòu)一級(jí)相變。在HgCl2-KI-H2O體系,配制[Hg2+]:[I-]＝1:3的溶液,室溫下獲得具有[001]晶向的α-HgI2籽晶層；在HgO-HI-H2O和HgI2-HI-H2O體系中,控制[Hg2+]:[Ⅰ-]1：6時(shí),獲得樹枝狀HgI2晶體,利用津島紫外-可見分光光度計(jì)研究了體系中的存在單元,表明Hgl2分子是形成樹枝狀晶體的主要生長單元；利用分形原理計(jì)算枝狀晶分形維數(shù)D=1.45,表明晶體的生長受到擴(kuò)散機(jī)制影響。采用二維DLA模型進(jìn)一步分析了晶體的生長過程,證實(shí)了分子的無規(guī)則擴(kuò)散是樹枝晶形成原因：在HgI2-HI-H2O體系中控制[Hg2+]：[Ⅰ-]=1：4獲得具有近似方形形貌的β-HgI2M晶體。記錄了β-HgI2M的生長過程以及β-HgI2M→α-HgI2相變過程。XRD分析晶體結(jié)構(gòu),晶體空間群為Cmc2i|。β-HgI2晶體的生長界面夾角為65.02°,生長界面夾角與單胞β-HgI2M結(jié)構(gòu)中的(110)和(110)晶面夾角(65.16°)吻合,表明晶體的生長主要受結(jié)構(gòu)因素控制。通過附著能計(jì)算表明β-HgI2M的晶面重要性如下排序：{001}{110}{111}{112}{010}。在β-HgI2M→α-HgI2相變中,相變過程是從表及里的層狀相變結(jié)構(gòu)重構(gòu)一級(jí)相變。
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O78;TQ132.47

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