碲锌镉探测器的制备及性能研究

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1、四川大学硕士学位论题目碲锌镉探测器的制备及性能研究作者蔡力完成日期2003年5月8日培养单位四川大学指导教师朱世富教授专业凝聚态物理研究方向光电子材料与器件年月曰授予学位日期碲锌镉探测器的制备及性能研究凝聚态物理专业研究生蔡力指导教师朱世富教授摘要半导体探测器是上世纪六十年代以来得到迅速发展的一种新型核幅射探测器，其能量分辨率高、线性响应好、脉冲上升时间短、结构简单、探测效率髙、操作方便，在核物理实验和研究方面得到广泛的应用。碲锌镉(CdhZnJe)晶体是一种新型的性能优异的室温三元化合物半导体核辐射探测器材料。其电阻率高(约10

2、"Q/cm)、原子序数大(48,52),禁带宽度较大，且随Zn含量的不同，禁带宽度从1.4eV(近红外)至2.26eV(绿光)连续变化。在室温下对x-射线、Y-射线能量分辨率好，其能量探测范围在lOKeV—6MeV。可应用于天文、医学、工业、军事等领域的各种探测器和谱仪。同时它还可作为红外探测器材料碲镉汞(HgCdTe)和外延衬底，以及激光窗口和太阳电池等。我们利用熔体温度振荡法在石英安瓿中将6N的单质Cd、Zn、Te合成多晶原料，用坩锅旋转下降法在同一安瓿中生长出尺寸为4>20X40mm的CdhZnJe晶体。在此基础上对碲锌镉探

3、测器的工艺进行了较深入的研究，制作了厚卜1.5mm的探测器，测试了C、In、Au等不同金属的电极接触性能，并在国内首次通过测试器件的I一V、I一T曲线、弛豫特性和电容特性对电阻率、陷阱能级、陷阱浓度进行了分析，同时測得的M1Am源的能谱。同时对影响器件性能的缺陷分布等因素进行了一些有意义的讨论。为进一步的研究工作打下了一个良好的基础。结果表明：材料内部的缺陷和欧姆接触是影响器件性能的两个关键因素，采用改进的富镉气筑下坩锅旋转下降法生长的晶体具有•较低的缺陷浓度，适合制作探测器，采用Au、C可得到欧姆接触，本文研究为国家自然科学基金

4、“碲锌镉单晶体的生长与应用基础研究”（批准号：59972019)课题的部分内容，研究结果对于课题的完成具有一定的参考价值。关键词：室温核辐射探测器晶体生长CdZnTe欧姆接触深能级TechnologyandPropertiesofCdZnTeDetectorName:LiCaiProfessor:shi-fuZhuAbstractThereispresentlyawidespreadneedforroomtemperaturegammaandX-rayimagingcapabilityforbothmedicalandindust

5、rialapplications.TheinteresttowardtheuseofCdZnTedetectorwasgreatlyincreasedintherecentyearsbecausetheyofferagoodtrade-offbetweenkeyperformance,suchastheenergyresolutionandtheabsorptionefficiency,andthecomplexityoftheexperimentalequipment.CadimiuxnZincTelluride(CdZnTe)

6、isoneoftheternarysemiconductingcompoundsofII-VItypewhichcrystallizeinthezincblendestructure(symmetryF—43m).Becauseofitshighresistivity(10n/cm))5highatomicnumber(48,52),strongenergyresolutionabilitytox-ray,andY-ray,wideenergygapwhichcanvaryfrom1,4eVto2,26eVwhilethexcha

7、nges,Awiderangeofapplicationispossiblerfrombiomedicalandindustrialimagingtoradiationmonitoringandcontrolduetotheirwell-knowncapabilitytooperateatroomtemperaturewithminordegradationofspectroscopicperformance.Itisusedinsolarcellsandsemiconductordetectorsforastrophysical

8、research,forx-rayfluorescence(XRF)analysis,industrialgauging,nuclearproliferationtreatyverifactionet.al,andalsoinlaserwindow