碲锌镉单晶体的正电子寿命研究

《碲锌镉单晶体的正电子寿命研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、http://www.paper.edu.cn1碲锌镉单晶体的正电子寿命研究唐世红赵北君朱世富王瑞林高德友陈俊张冬敏何知宇方军洪果四川大学材料科学与工程学院，（610064）email:bjzhao@email.scu.edu.cn摘要：用正电子湮没技术（PAT）研究了原料富Cd的改进布里奇曼法生长的碲锌镉单晶样品退火前后的缺陷。刚生长的样品缺陷寿命值较高，其内部存在的点缺陷主要是占优势的Cd空位，用富Cd同成分源Cd1-xZnxTe气氛对样品在不同温度下等时退火后，发现样品的正电子寿命参数对退火温度表现出很强的依赖关系，通过对样品退火过程中空位的迁移、聚集及消失情况分析，得

2、出较适宜的退火温度约为700℃。关键词：正电子湮没技术碲锌镉寿命退火1.引言碲锌镉（Cd1-xZnxTe，简写CZT）单晶是一种性能优异的三元化合物半导体室温核辐射探测器材料。它具有暗电流低、电阻率高、热稳定性好、禁带宽度大且可调、探测分辨率较高等诸多优异的光电性能，适用于制作高性能X射线和γ射线探测器，同时也是生长红外探[1]测器材料Hg1-yCdyTe最理想的外延衬底，近年来倍受到人们的重视。制作高性能探测器需要电阻率高、完整性好的CZT单晶体。然而，在实际晶体生长过程中，由于Cd的平衡蒸气压较高，容易导致CZT单晶体中Cd的流失，从而形成Cd空位或Te沉淀等，破坏了CZ

3、T单晶体的化学计量比，引起晶体成分偏析，导致刚生长的晶体中存在较多缺陷，降低了晶体电阻率，直接影响到器件的探测性能，严重地制约着CZT单晶体在探测器上的应用。目前常用的研究CZT单晶缺陷的方法很多，诸如光致发光（PL）、电子顺磁共振（EPR）、[2]电镜（SEM和TEM）等，但这些方法均难以得到原子尺度的微观结构信息。正电子湮没技术是利用正电子物质的相互作用来获得有关凝聚态物质内部微观结构和缺陷的一种实验技术，对原子尺度的缺陷（如空位、空位团和位错）十分敏感。通过这一方法，能够直接得到[3]缺陷的种类、大小、浓度以及电荷态等准确信息。而采用正电子湮没技术（PAT）来研究CZT

4、晶格缺陷还少见报道。要想得到品质优良的碲锌镉单晶，除了生长工艺外，合适的热处理工艺是必不可少的。本文针对在单质Cd气氛源下退火，CZT晶片表面腐蚀严重的问题，采用在富Cd同成分源Cd1-xZnxTe气氛下退火，以减少退火气氛源对晶片的腐蚀，达到减少或消除晶体缺陷的目的。2.实验2.1样品实验样品是分别从同一Cd1-xZnxTe晶锭上切割下来的十块相邻晶片，按顺序每相邻两块晶片组成一组样品，一共五组，标记为1＃、2＃、3＃、4＃、5＃，尺寸均为φ12×1.5mm。11本课题得到国家自然科学基金（项目编号：60276030）和高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：200206

5、10023）资助。-1-http://www.paper.edu.cn退火前后均用Al2O3粉末和2－5％溴甲醇对每块晶片反复进行机械抛光和化学抛光处理，以去除其表面氧化层和应力层，减少测量中的干扰信息。2.2正电子湮没寿命测试22正电子湮没测试仪器为ORTEC正电子谱仪，实验测量中采用Na正电子源，仪器的FWHM6为181ps，每个寿命谱的总计数为10。2.3退火用酒精和去离子水将样品表面清洗干净并用氮气吹干，装入清洗干净的石英安瓿一端，-3然后装入富Cd的Cd1-xZnxTe粉末，淹没包裹退火样品。抽真空至10Pa，封结。每组样品对应的退火温度为1＃/400℃、2＃/50

6、0℃、3＃/600℃、4＃/700℃、5＃/800℃，时间均为120h。退火结束后，以1℃/min的速率缓慢冷却到室温。3.结果与讨论[4]固体中的点缺陷捕获正电子时，主要过程是2γ湮没。对二态捕获模型，可采用计算机拟合方式对正电子湮没寿命谱曲线进行分解。我们采用国际上通用的POSITRONFIT拟合程序，由计算机拟合出2个寿命值τ1、τ2及每个寿命相应的强度I1、I2，则二态捕获模型的正电子平均寿命τm、体寿命τb和捕获率K分别为：τm=τ1I1+τ2I2（1）-1-1-1τb=I1τ1+I2τ2（2）-1-1K＝I2（τ1－τ2）（3）实验结果所得数据如表1、表2所示:表

7、1：退火前五组样品的正电子寿命谱参数-1样品温度τ1/psτ2/psI1/％I2/％τm/psτb/psK/s81＃25℃254.1495.293.296.71270.3262.71.29×1082＃25℃257.4449.792.787.22271.3265.61.20×1083＃25℃255.6436.792.327.68269.5264.01.25×1084＃25℃253.1438.891.768.24268.4262.21.38×1085＃25℃255.2442.592.467.54269.32