CdZnTe核探測器材料的熱處理研究.pdf

1、CdZnTe核輻射探測器由于可在室溫下工作,并且對X、γ射線有較高的探測效率和較好的能量分辨率,因此可廣泛應(yīng)用在核安全、壞境監(jiān)測、醫(yī)學診斷、天體物理研究等領(lǐng)域.而高電阻率(≥10<'8>Ω·cm),完整性好的CdZnTe晶體是研制高性能的CZT X-、γ-射線探測器的關(guān)鍵.為獲得高性能的CdZnTe材料,除了進一步完善晶體生長工藝外,研究CdZnTe材料的熱處理具有重要的意義.本文的主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下:1、本文研究了高溫CdTe晶體

2、相圖的精細結(jié)構(gòu)并由此初步確定了CdZnTe晶體熱處理溫度的上限;利用熱力學關(guān)系估算了Cd<,1-x>Zn<,x>熔體的組元平衡分壓,獲得了熱處理過程中采用特定Cd/Zn氣氛分壓所需的Cd<,1-x>Zn<,x>合金源的組成及控制溫度.對于生長態(tài)的非摻雜Cd<,0.9>Zn<,0.1>Te晶片采用在Cd/Zd氣氛下進行熱處理,重點研究了熱處理工藝中的關(guān)鍵參數(shù),包括熱處理溫度、時間、Cd/Zn分壓以及熱處理后的冷卻方式對Cd<,0.9>Zn

3、<,0.1>Te晶體電學性能和各類結(jié)構(gòu)性缺陷的影響.研究結(jié)果表明,在Cd/Zn氣氛下采用優(yōu)化的熱處理工藝使典型樣品的電阻率達到6.97×10<'8>Ω·cm,紅外透過率提高到64﹪,同時使晶片的各類結(jié)構(gòu)性缺陷明顯減少.2、首次提出并開展了In擴散工藝對Cd<,0.9>Zn<,0.1>Te晶體的摻雜研究.采用汽相摻雜和晶片表面真空鍍In兩種方法對非摻雜Cd<,0.9>Zn<,0.1>Te晶片進行了摻In熱處理.研究了熱處理溫度、時間和P<

4、,ln>等工藝參數(shù)對晶片電學性能、紅外透過率以及Te沉淀相/夾雜的影響.結(jié)果表明,在Cd/Zn氣氛下經(jīng)過適當?shù)膿絀n熱處理能夠有效提高晶片的電阻率,最高達到9.1×10<'9>Ω·cm,接近國際上CdZnTe晶體摻In生長所報道的數(shù)據(jù)水平,紅外透過率提高到65﹪,同時使晶片的其它性能得到明顯改善.此項研究結(jié)果未見有文獻報道.3、采用在Te氣氛下對In-Cd<,0.9>Zn<,0.1>Te晶片進行了熱處理研究.分別研究了熱處理溫度、時間和

5、PTc等熱處理條件對晶片電學性能和紅外透過率的影響.實驗結(jié)果表明,在過飽和Te氣氛下采用優(yōu)化的熱處理工藝能夠有效提高In-Cd<,0.9>Zn<,0.1>Te晶片的電阻率和紅外透過率,分別達到5.7×10<'8>Ω·cm和63﹪.4、建立了熱處理過程中CdZnTe晶片電阻率和導電類型變化的物理模型.結(jié)合實驗數(shù)據(jù),通過推算首次獲得了Cd原子在Cd<,0.9>Zn<,0.1>Te晶體中的自擴散系數(shù):2.33×exp(-2.38ev/kT)(