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大尺寸Cd_(1-x)Zn_xTe晶体籽晶垂直布里奇曼法生长技术与性能表征

徐亚东  
【摘要】:Cd_(1-x)Zn_xTe(CZT)晶体是迄今制造室温X射线及γ射线探测器最为理想的半导体材料,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In掺杂工艺生长了直径60mm,长约140mm单晶体积超过200cm~3的Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te晶锭(CZT1)。为了解决晶体生长中熔体需要过热的问题,实验采用了高熔点的Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te籽晶生长低熔点Cd_(0.96)Zn_(0.04)Te的方法生长了晶锭(CZT2),其单晶体积超过100cm~3。 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CZT1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2000cm~(-1)~4000cm~(-1)范围内平直且较高,而从2000cm~(-1)到500cm~(-1)随波数的减小透过率均急速下降至零。分析认为这是由于In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~(-1)范围内的红外透过率均较高且平直。 对比了10K下晶锭CZT1头部和尾部晶片的PL谱,发现晶锭头部的Cd空位(V_(Cd))浓度较大,而晶锭尾部In施主较好的补偿了晶体中的V_(Cd)。 采用Agilent 4155C测试了经NH_4F/H_2O_2溶液表面钝化后的Au/Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te欧姆接触的Ⅰ-Ⅴ曲线,计算出In掺杂Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te晶体的电阻率p达到1.8×10~9~2.6×10~(10)Ω·cm,满足制备高性能CZT探测器的要求。


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