大尺寸cdlt1xgtznltxgtte晶体籽晶垂直布里奇曼法生长技术与性能表征

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1、摘要CdlZnJ-e(CZT)晶体是迄今制造室温x射线及1，射线探测器最为理想的半导体材料，同时也是外延生长红外探测器材料HgCdTe的最佳衬底材料。而获得大尺寸的CZT单晶则成为目前研究的热点。本文主要研究了籽晶垂直布里奇曼(VB)法生长大尺寸CZT晶体的工艺，并对所生长晶体进行了性能表征。首先通过对籽晶法生长进行理论分析，选择了<211>和<111>晶向的籽晶的B面为生长晶面，并进行了籽晶加工。采用同质籽晶并通过Cd补偿以及IIl掺杂工艺生长了直径60mm，长约140mm单晶体积超过200cm3的Cd09Zno．1Te晶锭(CZTl)。为了解决晶体

2、生长中熔体需要过热的问题，实验采用了高熔点的Cdo．9Zno．1Te籽晶生长低熔点Cdos№Zn004Te的方法生长了晶锭(CZT2)，其单晶体积超过100cm’。测试了晶锭头部、中部和尾部晶片的x射线双晶摇摆曲线，并结合实际生长条件，分析了造成半峰宽(FwHM)差异的原因。利用近红外透过光谱，无损、方便、快捷的测试了CZT晶片中的Zn含量，找出了Zn在CZT晶体生长过程中的偏析规律，并确定了其分凝因数约为1．30。结果还表明径向成分波动较小，说明生长过程中液，固界面较平整。分析了晶锭CZTI头部、中部和尾部晶片的红外透过率，发现其光谱形状相似，在波数

3、2000cmo--4000cm‘1范围内平直且较高，而从2000cm。到500cml随波数的减小透过率均急速下降至零。分析认为这是由于ln的掺入造成大量浅能级的复合体，降低了红外透过率造成的。对于晶锭CZT2，其各部位晶片在500cm"1--4000cm“范围内的红外透过率均较高且平直。对比了10K下晶锭CZTI头部和尾部品片的PL谱，发现晶锭头部的Cd空位(Vcd)浓度较大，而晶锭尾部In施主较好的补偿了晶体中的Vcd。采用Agilent4155C测试了经NH4F／H202溶液表面钝化后的Au／Cdo9ZnolTc欧姆接触的I-V曲线，计算出In掺杂

4、Cd09ZnoiTe晶体的电阻率P达到1．8x109～2．6x10旧Q·cm，满足制备崭性能CZT探测器的要求。关键词：Cdi—Zn。Te，晶体，J：艮，十rd^垂卣和‘fl俞曼法，}l外透过率AbstractCdt．xZnxTe(CZT)singlecrystalisprovedtobethemostpromisingmaterialforroomtemperatureX-rayandgamma-raydetectors，andthesuitablesubstrateforepitaxialgrowthofinfrareddetectormateri

5、alHgCdTe．Therefore，numerousresearchersarenowconcentratingonthepreparationoflarge—sizeCZTsinglecrystal．Inthiswork,CZTcrystalsweregrownbyseededverticalBridgman01B)methodandcharacterizedbyvariousmethods．First．the<21l>and<11l>orientationseedswiththegrowthdirectiononBfacearechosenbas

6、edontheoreticalanalysisontheseededgrowthprinciples．ACdo．9znotTeingotnamedCZTlwiththedimensionof060x140nufizwasgrown,usingthetechniquesincludingtheadditionofexcessCdoverthestoichiometriconesandahomogenizationprocessfortheseed．Thecrystalwasalsodopedwitllindium．andasinglecrystalwit

7、hthevolumesof200cmJWasobtained．AsecondCZTcrystalwiththeconcentrationofCdo．96Zno．04TenamedCZT2、Ⅳiththesamedimensionof060x1．30mill2Wasgrown,withahighermeltingpointcrystalseedofcd09ZnoiTe，SOthatthemeltcarlbesuperheatedwithoutmeltingoftheseed．AsinglecrystalwiththevolumeoverlOOcm3was

8、alsoobtainedinthecrystalingot．Therockingcurveso