【摘 要】
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碲镁镉(Cd1-xMgxTe)是一种性能优异的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料。其具有较高的密度和平均原子序数、大的禁带宽度、高的电阻率和优良的载流子迁移率寿命乘积,被认为是几乎能够满足室温辐射探测器所有要求的可供替代Cd Zn Te的新一代室温辐射探测器材料。本论文采用优化的生长工艺,利用改进的垂直布里奇曼法生长了大尺寸的Cd0.95Mg0.05Te晶体。通过对晶体的结构、杂质、热力学以及光电性能进行测
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碲镁镉(Cd1-xMgxTe)是一种性能优异的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料。其具有较高的密度和平均原子序数、大的禁带宽度、高的电阻率和优良的载流子迁移率寿命乘积,被认为是几乎能够满足室温辐射探测器所有要求的可供替代Cd Zn Te的新一代室温辐射探测器材料。本论文采用优化的生长工艺,利用改进的垂直布里奇曼法生长了大尺寸的Cd0.95Mg0.05Te晶体。通过对晶体的结构、杂质、热力学以及光电性能进行测试和表征,研究了不同生长方法对晶体性能的影响,初步制备了简单平面探测器并测试了探测器性能。采用Cd补偿法和Te过量法结合ACTR技术分别生长了一根In掺杂的Cd0.95Mg0.05Te晶锭。两种方法生长的晶锭直径均为30mm,长度分别约为110mm和120mm。XRD测试表明晶体为闪锌矿结构,无富Te第二相。热重-差示扫描测试(TG-DSC)观察到了与Cd、Mg与Te熔点相对应的固-液相转变峰、玻璃化转变峰以及特定的吸热分解峰,晶体热稳定性好,熔点为1100℃。等离子质谱(ICP-MS)分析表明Mg在Cd补偿法和Te过量法生长的晶锭中分布均比较均匀,分凝因数非常接近于1,Mg元素含量从头部到尾部稍微减少。杂质元素主要集中在晶锭尾部,掺杂的In元素分布不均匀,呈现头部少尾部多的现象。EDS测试表明Cd补偿法与Te过量法均获得了接近化学计量比的Cd0.95Mg0.05Te晶体。红外透过显微镜与扫描电镜观察晶体夹杂相发现,Cd补偿法生长的晶体中主要存在50μm以下的近似球形的Te夹杂相,Te过量法生长的晶锭头部和中部出现共格孪晶界,尾部可观察到无夹杂相区域。两种方法生长的晶体夹杂相密度均较低,为103cm-2数量级。I-V曲线测试及拟合结果表明,Cd补偿法生长的晶体的电阻率最高可达3.47×109Ω·cm,而Te过量法生长的晶体的电阻率则高达2.15×1010Ω·cm。脉冲辐射时间响应曲线表明,Cd补偿法生长的晶体仅在100V呈现渡越平台,Te过量法生长的晶体的在外加电压下,均呈现渡越平台,电压增大时晶体的时间响应效率提高,曲线信噪比得到提升。近红外-可见光-紫外光谱测试确定了Cd补偿法和Te过量法生长的晶体的禁带宽度分别为1.57e V和1.53e V,与Mg含量为0.05时的理论值1.61e V较为接近。两种方法得到的晶体的最大红外透过率分别为61%和57%。低温光致发光谱测试表明两种方法生长的晶体中均出现了与晶体质量有关的(D0,X)峰和(A0,X)峰,以及与杂质In有关的DAP和Dcomplex峰。Cd补偿法生长的晶体质量好于Te过量法生长的晶体。最后,两种方法生长的晶体均制备了Cd1-xMgxTe简单平面探测器,241Amγ射线能谱测试表明Cd补偿法与Te过量法生长的晶体的制备的探测器能量分辨率分别为25.38%和14.79%,载流子迁移率寿命乘积(μτ)e值分别为5.28×10-4cm2/V、1.04×10-3cm2/V。两种法生长的晶体性能均达到了室温辐射探测器的要求。
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