CdSe單晶體生長工藝與探測器性能研究.pdf

1、硒化鎘（CdSe）晶體平均原子序數(shù)高，對射線的阻止本領(lǐng)強；禁帶寬度大，電阻率高，漏電流較?。惠d流予的遷移率一壽命積較大，電荷收集效率高；化學穩(wěn)定性好，不潮解，機械加工性能好。由于其具有上述優(yōu)點，使CdSe成為一種新型的性能優(yōu)異室溫半導體探測器材料。但由于獲得高質(zhì)量的CdSe單晶比較困難，器件加工及制作工藝也還不成熟，制約了人們對CdSe核輻射探測器的深入研究及其核輻射探測器的應(yīng)用。 目前，生長CdSe單晶的技術(shù)中，熔體生長技術(shù)需

2、高壓裝置，且生長晶體電阻率較低；熔劑生長技術(shù)在晶體內(nèi)部會殘留微量熔劑，影響晶體性能；氣相生長技術(shù)，因能制備出性能較好的單晶，電阻率達10<'6>Ω.cm而優(yōu)于其余兩種技術(shù)。但也還存在著一些尚未解決的問題，如完整性不夠好、電阻率還不夠高，使得生長晶體的質(zhì)量還不夠理想。為了改善探測器的性能，人們在器件加工制作工藝的研究上做了一定的工作，探測器的性能得到了一定的改進。但是能量分辨率仍然不夠理想，工作穩(wěn)定性也尚需進一步的提高。所以還需要對CdS

3、e晶體生長和探測器制備工藝及其性能進行深入研究。 本文對CdSe單晶氣相生長過程中的熱力學參數(shù)進行了研究，計算了封閉體系中不同系統(tǒng)總壓下平衡氣相組成的變化，發(fā)現(xiàn)隨系統(tǒng)總壓力增大，平衡氣相組成中分解組分所占的比例減小，晶體完整性增加；獲得完整性較好單晶體的熱力學條件是，采用較高的平衡蒸氣壓和較小的溫度梯度；同時通過對Cdse多晶原料熱失重曲線的研究，計算出部分晶體氣相生長動力學參數(shù)，并對晶體穩(wěn)態(tài)生長時，提拉速度應(yīng)滿足的條件進行了討

4、論。 根據(jù)CdSe晶體生長的熱力學及動力學研究結(jié)果，進行工藝優(yōu)化，在改進的兩溫區(qū)單晶生長爐中采用氣相提拉法生長出等徑部分達φ14×40mm的CdSe單晶體，電阻率可達到10<'9>Ω.cm量級。性能表征表明晶體完整性較好，內(nèi)部缺陷較少，品質(zhì)較高。適合于制作核輻射探測器。 研究了CdSe晶體在不同氣氛及真空中退火后的正電子湮沒壽命，紅外透過和吸收以及I—V特性的變化，分析了晶體在不同熱處理工藝中的組成、結(jié)構(gòu)及性能之間的聯(lián)系

5、。研究結(jié)果表明，在Se氣氛中退火，很難使探測器的性能改善；而晶體在真空中500℃退火48小時后，探測器的電學性能得到明顯的改善，漏電流大幅度降低，有利于提高探測器的性能。 測試了不同表面處理工藝下晶體的SEM、XPS及I—V特性的變化，分析了不同表面處理工藝對CdSe晶片電學性能的影響。研究結(jié)果表明，在溴甲醇腐蝕晶片過程中會致使一定量的溴殘留在晶片表面上，對降低晶片的漏電流起負面作用，因此溴甲醇腐蝕工藝對降低晶片漏電流的作用有限

6、。雙氧水鈍化對晶片表面的溶解作用使表面留的溴含量減少，漏電流得到較大程度的降低。通過控制鈍化時間可使CdSe晶片表面結(jié)構(gòu)平整致密，從而獲得較佳的電學性能。同時雙氧水鈍化處理會增加表面上氧的含量，降低漏電流。因此提高探測器性能的最佳表面處理工藝是：CdSe晶片經(jīng)溴甲醇腐蝕30秒后再鈍化40分鐘。 使用不同材料在CdSe晶片上制備電極，并測試了I—V特性，分析了不同材料制備電極的接觸特性。研究結(jié)果表明，在CdSe晶片上制作C-C電極

7、，接觸特性基本上是歐姆接觸，有利于提高探測器的工作穩(wěn)定性；Au-In電極接觸在CdSe晶片上形成了肖特基勢壘接觸，有利于降低器件工作的漏電流，提高分辨率；同時具有對稱的MSM結(jié)構(gòu)，正、反方向施壓，晶片中的電場分布和載流子濃度均基本不變。對于提高探測器的工作穩(wěn)定性有利。增大探測器的正極面積對于提高電荷的收集較為敏感，增大負極面積會導致電子注入增加或改變器件中載流子濃度及電場分布，從而導致器件的性能下降，穩(wěn)定性降低。 研究制出CdS