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《西北工业大学》 2006年
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碲锌镉晶体表面处理、金属电极接触特性及其In掺杂行为

李强  
【摘要】: Cd_(1-x)Zn_xTe(CZT)晶体具有优异的光电性能,是迄今制造室温X射线及γ射线探测器最为理想的半导体材料。尽管对CZT的研究由来已久,但在CZT晶体的表面处理、金属与CdZnTe晶体接触及In掺杂特性研究上尚存在诸多难题,本文对之进行了探索。 CZT晶体钝化工艺主要是为了减小晶体表面富Te层的电导,减小表面漏电流,提高CZT探测器的性能。钝化可以是物理或者化学过程,可以给晶体表面提供与外界成化学和电学惰性的绝缘层。处理的方法主要有:(1)在晶体表面沉积绝缘物质(ZnS和SiO_2);(2)在晶体表面制备本征薄膜层(氧化物、硫化物以及氟化物);(3)原位生长宽禁带的Ⅱ-Ⅵ化合物异质结。用NH_4/H_2O_2对CZT晶体钝化,表面主要生成了TeO_2。钝化后([Cd]+[Zn])/[Te]原子比接近于1,表明钝化后表面更接近CZT的标准化学计量配比,而且改善了晶体近表面区的晶体结构,同时钝化后明显新增了O的含量。光致发光(PL)特性研究结果表明,钝化不仅减小了晶体表面的陷阱态密度,而且减小了与Cd空位复合的深能级杂质浓度。用Agilent 4339B高阻仪进行了CZT晶片I-V特性测试以及Agilent 4294A高精度阻抗分析仪进行了CZT晶片的C-V特性研究,结果表明钝化均能不同程度提高Au/CZT接触的势垒高度,减小漏电流。主要原因是在Au/CZT表面钝化生成的TeO_2氧化层增加了接触势垒高度,并减小了电荷因隧道效应而穿过氧化层TeO_2的几率。 采用同步辐射X射线光电子能谱分析结果计算了Au/CZT接触的势垒高度,腐蚀和钝化处理后Au/CZT接触的Schottky势垒高度分别是0.88±0.02 eV和1.17±0.02 eV。根据I-V测试结果计算出钝化前后的Schottky势垒高度分别是0.85±0.02 eV和0.96±0.02eV。用C-V方法测试出钝化前后Schottky势垒高度分别是1.39±0.02 eV和1.51±0.02 eV。 研究了溅射沉积不同金属与CZT晶体接触的电学性能。I-V测试和扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明,Au是与CZT晶体最适合的电学接触材料,可以与高阻CZT晶体形成近乎理想的欧姆接触,而与低阻CZT晶体形成了0.95±0.02 eV的Schottky接触势垒。X射线光电子能谱分析,形成欧姆接触的原因主要是由于Au原子在退火的时候扩散进入高阻CZT晶体中,同时Cd与Te原子扩散进入Au接触层。扩散的Au未与CZT晶体中的任何元素形成化合物,而是形成了重掺杂层以及欧姆接触。光致发光谱分析结果表明,互扩散的施主[Au]~(3+)与受主[V_(Cd)]~(2-)在溅射过程中进行了复合。同时,Au接触的施主复合体峰(D_(complex))强度明显强于无Au接触的CZT晶体复合体峰的强度,施主[Au]~(3+)和[Au~(3+)·V_(Cd)~(2-)]~+可以与[V_(Cd)]~(2-)空位进行复合并产生不同的缺陷复合体。 对In掺杂CZT晶体特性通过10 K下的光致发光能谱(PL)和室温下的红外透过率能谱来进行了分析研究。分析结果表明,In原子代替Cd空位[V_(Cd)]~(2-),形成了电离施主[In_(Cd)]~+,以及单负性缺陷复合体A-中心[In_(Cd)~+·V_(Cd)~(2-)]~-和中性缺陷复合体[2In_(Cd)~+·V_(Cd)~(2-)]~0和[In_(Cd)~+·(In_(Cd)~+·V_(Cd)~(2-))~-]~0。根据高阻In掺杂CZT晶体位于1.6014eV的浅能级施主—受主对峰(DAP)位置,得出位于E_(DS)=13.3 meV的浅施主能级[In_(Cd)]~+和位于E_(AS)=29.5 meV的浅受主能级[V_(Cd)-In_(Cd)]~-。同时根据CdZnTe:In晶体的10 K~60 K的PL温度依存关系,得出电离能分别为65.5 meV的深施主能级[Te_(Cd)]~(4+)和87.4 meV的深受主能级[V_(Cd)]~(2-)。 用傅立叶变换红外能谱仪(FT-IR)测试了掺杂CZT与未掺杂CZT晶体的红外透过率。未掺杂的CZT晶体红外透过率为58%。掺杂In分别为10ppm、15ppm和30ppm时,CZT晶体红外透过率平均值分别为37%、21%和4%。CZT晶体的红外吸收机理可以归结于晶体的晶格吸收与自由载流子吸收。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:O611.3

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>西北工业大学
相关作者
>徐亚东 >李强
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