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硒化镉(CdSe)单晶体生长及其室温核辐射探测器

金应荣  
【摘要】: CdSe单晶体是最有前途的室温核辐射探测器材料之一,但由于没有制备出高质量的CdSe单晶体,加上没有成熟的半导体材料加工技术与器件制作工艺,人们对CdSe探测器没有进行深入的研究。本文把CdSe单晶体的生长、单晶体的成分、单晶体的性能以及单晶体在室温核辐射探测器中表现出来的性能结合起来进行了比较系统的研究;采用垂直无籽晶气相提拉法生长出了电阻率为10′Ωcm量级、尺寸为中10mm×30mm的单晶体;制备出了能量分辨率达10%(FWHM)(对~(241)Am 59.5KeV谱线而言)的CdSe室温核辐射探测器,取得了较好的研究结果。 在实验中,改进了传统的在单一温度下进行的原料静态升华提纯方法,研究出了温度差较小的两温度多级气相升华提纯工艺,设计出了新型的提纯生长安瓿,有效地避免了提纯原料的二次污染,保证了原料的纯度,同时控制了原料的化学配比,为单晶体生长奠定了坚实的基础;接着采用符合化学配比的CdSe多晶原料和垂直无籽晶气相提拉法生长出了完整性好、电阻率高(10′Ωcm量级)、接近化学配比、具有较大尺寸(φ10mm×30mm)的CdSe单晶体,为制备室温核辐射探测器提供了重要的前提条件;在此基础上,对探测器的制备工艺进行了比较系统的研究,得到了金属—半导体接触(M-S接触)和金属—绝缘体—半导体接触(MIS接触)两种接触电极,与此相对应的依次是具有MSM结构的探测器和具有MIS接触电极的探测器;前者的漏电流较大,能量分辨率较差,但工作稳定性相对较好,后者的漏电流能降低到4pA(300V)以下,能量分辨率达到10%(FWHM)左右,但工作稳定性较差; 理论上,本文首次利用热力学方酚析了气相生长过程中的相搁问题,阐 明了控策晶体化学配比的原理与方法:即对于确定的生长温度,只有硒和锅的分 压等于它们沿相应液相线的分压,才能生长出符合化学配比的case单晶体,对 于符合化学配比的多晶原料,只舶1120C 一1130C才能生长出符合化学配比 的Cdse单晶体;此外,本文还通过分析哪u器中的电荷输运,阐明了探测器噪 声的来源禾0…的起因,指出在具有MSM结构的硼u器中,电子注谰快, 电于注灯o光注入共同作用可g蹦发空穴注入,从而引起探坝器的g鹏噪声;在 具有MIS e电极的H器中,电子注入速度很慢,耗尽区的深ggfa88i主可能 会进一步电离,从而5!刨一。当晶片的质量较好时,Cdse探坝器的最佳 结构是正极采用高阻半导体低阻n型半导体铡 * 删X负极采用MIS w。


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