CdTe基化合物被認(rèn)為是最有前景的室溫核輻射探測器材料之一。由其制備而成的輻射探測器在室溫下對(duì)X/gamma射線具有響應(yīng)速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。然而,由于CdTe基化合物晶體離子性較強(qiáng),導(dǎo)致熱導(dǎo)率較低,其在熔體法生長過程中Cd元素易揮發(fā),會(huì)導(dǎo)致熔體偏離化學(xué)計(jì)量比,給高質(zhì)量的CdTe基化合物晶體制備帶來困難,進(jìn)而影響輻射探測器的應(yīng)用。因此,本文采用改進(jìn)的垂直布里奇曼(MVB)法生長CdTe:In和CdTeSe:In晶體,并進(jìn)一步優(yōu)化其晶體生長工藝,以獲得高質(zhì)量的晶體材料。在此基礎(chǔ)上,對(duì)比分析三類晶體(CdTeSe:In、CdTe:In和CdZnTe:In)的結(jié)晶質(zhì)量、光學(xué)性能和電學(xué)性能等特性。首先,采用改進(jìn)的垂直布里奇曼(MVB)法生長了CdTe:In與CdTeSe:In晶體,原料配比分別為n_(Te):n_(Cd)=1.015:1和n_(Cd):n_(Te):n_(Se)=1:0.9:0.1,In摻雜量為10-15 ppm,成功生長出了CdTe:In與CdTeSe:In晶體,其直徑為15 mm,長度為65 mm。其中,生長出的CdTe:In晶體引晶段出現(xiàn)斷裂,導(dǎo)致后段出現(xiàn)大量的孔洞。生長的1#CdTeSe:In晶體Te包裹現(xiàn)象較為嚴(yán)重,Te夾雜尺寸較小。生長的2#CdTeSe:In晶體的Te包裹現(xiàn)象相對(duì)較少,Te夾雜尺寸較大。對(duì)生長態(tài)CdTe:In晶體內(nèi)的Te夾雜相的尺寸與密度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)Te夾雜尺寸主要集中在0-20μm范圍。生長的1#CdTeSe:In晶體經(jīng)過等溫退火處理后發(fā)現(xiàn)Te夾雜尺寸明顯較小,而生長的2#CdTeSe:In晶體沒有經(jīng)過等溫退火處理,故Te夾雜尺寸較大且分布不均勻,其平均面密度在10~4 cm~(-2)數(shù)量級(jí)。通過紫外-可見-近紅外透過光譜研究,對(duì)曲線擬合后得出CdTe:In、CdTeSe:In和CdZnTe:In晶體的禁帶寬度分別為1.45 eV、1.40 eV和1.51 eV,產(chǎn)生原因與三種晶體的成鍵機(jī)理和電子結(jié)構(gòu)有關(guān)。紅外透過光譜研究表明,在500-4000 cm~(-1)波數(shù)范圍內(nèi)三種晶體的透過率曲線均呈直線型分布,其中最大平均透過率為CdTeSe:In晶體的64%,其次是CdZnTe:In晶體的57%,最小為CdTe:In晶體的47%,產(chǎn)生原因與CdTe:In晶體中分布的較大尺寸Te夾雜相有關(guān)。低溫光致發(fā)光譜研究表明,CdTe:In和CdZnTe:In晶體中由于In的摻入均對(duì)Cd空位起到了有效補(bǔ)償,故晶體中施主受主復(fù)合中心數(shù)量較少;而CdTeSe:In晶體中Cd空位濃度最高,In未起到有效補(bǔ)償作用。I-V測試結(jié)果表明,CdZnTe:In晶體的電阻率達(dá)到10~9?·cm,高于CdTe:In與CdTeSe:In晶體。這不僅與CdZnTe:In的禁帶寬度大于CdTe:In與CdTeSe:In晶體有關(guān);還有可能與三種晶體中Cd空位濃度有關(guān),在CdZnTe:In晶體中Zn作為Cd的替代原子有效的減少Cd空位濃度,從而提高了晶體的電阻率,而CdTe:In與CdTeSe:In晶體中存在較多的Cd空位,造成電阻率的下降。I-t測試表明,電流開始到平穩(wěn)的時(shí)間段里CdZnTe:In晶體電流減少,而CdTe:In和CdTeSe:In晶體電流增大,主要與In摻雜量不同有關(guān)。Hall測試表明,CdTe:In、CdZnTe:In和CdTeSe:In晶體的導(dǎo)電類型均為n型半導(dǎo)體,其電子是主要的載流子。TOF測試中隨著外加偏壓的增大,TOF圖譜中的脈沖電壓信號(hào)的幅值也隨之增大。而在外加偏壓方面,晶體CdTeSe:In相對(duì)CdTe:In和CdZnTe:In承受的偏壓較低,可能與其電阻率相對(duì)較低、漏電流較大有關(guān),載流子漂移時(shí)間t_(dr)隨著外加偏壓的增大而減小,通過擬合得到CdTe:In的μ_e值約為877 cm~2·V~(-1)·s~(-1),大于CdZnTe:In(818 cm~2·V~(-1)·s~(-1))和CdTeSe:In(527 cm~2·V~(-1)·s~(-1)),這表明CdTe:In晶體的電子運(yùn)輸性能優(yōu)于CdZnTe:In與CdTeSe:In。
【學(xué)位單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TL81;O78
【部分圖文】：

(a) CdTe 晶體 (b) CdZnTe 晶體圖 1.1 立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)示意圖(a) 立方閃鋅礦結(jié)構(gòu) (b) 六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)圖 1.2 CdTeSe 晶體結(jié)構(gòu)示意圖[8]化合物的能帶及禁帶寬度化合物晶體材料的能帶主要由導(dǎo)帶、價(jià)帶(輕空穴帶和重空穴帶)以及成，導(dǎo)帶與價(jià)帶間為材料的禁帶寬度 E。CdTe 基化合物晶體材料的

(a) 立方閃鋅礦結(jié)構(gòu) (b) 六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)圖 1.2 CdTeSe 晶體結(jié)構(gòu)示意圖[8]合物的能帶及禁帶寬度合物晶體材料的能帶主要由導(dǎo)帶、價(jià)帶(輕空穴帶和重空穴帶)以，導(dǎo)帶與價(jià)帶間為材料的禁帶寬度 Eg。CdTe 基化合物晶體材料電子在導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的躍遷來完成的。CdTe 基化合物晶體中對(duì)施主能級(jí) ED，受主能級(jí) EA，DAP 施主與受主對(duì)區(qū)等，與晶體的能級(jí)缺陷密度、位錯(cuò)密度有關(guān)[9]。如圖 1.3 所示�；衔锞w禁帶寬度隨著加入的第三種組分的變化而變化，并。其中 Cd1-xZnxTe 作為典型的 II-VI 族化合物，Cd1-xZnxTe 為直接寬度 Eg隨 Zn 百分含量(x)的變化而變化。他們之間存在一定的函調(diào)節(jié) x 的值來控制 Eg[10]：2E1 .5980.614x0.166xg= +

圖 1.3 CdTe 基化合物晶體中對(duì)應(yīng)各種輻射躍遷能級(jí)躍遷圖[9]基化合物晶體的制備方法奇曼法（Bridgman）an 法是將原料裝入坩堝中，首先將坩堝放到加熱區(qū)熔化，并在一定的時(shí)間，獲得均勻的過熱熔體，然后通過緩慢的坩堝或爐體移動(dòng)，依次區(qū)、冷卻區(qū)使溶體逐步結(jié)晶。又根據(jù)生長裝置和生長條件的不同，該奇曼法（High Pressure Bridgman method，HPB）、改進(jìn)的垂直布里 Vertical Bridgman method，MVB）、水平布里奇曼法（Horizontal Br）。目前，CdTe基化合物單晶的制備主要采用熔體法中的改進(jìn)的垂直Br法操作簡單，易實(shí)現(xiàn)程序化生長，設(shè)備也較簡單。也減少了因原料揮以生長出結(jié)構(gòu)好、體積大的單晶，并可減少污染，提高晶體生長效率n 法是在傳統(tǒng)的 Bridgman 法的基礎(chǔ)上采用多溫區(qū)控制、籽晶技術(shù)和加
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本文編號(hào)：2872203