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(qiáng)；禁帶寬度大，電阻率高，漏電流較??；載流予的遷移率一壽命積較大，電荷收集效率高；化學(xué)穩(wěn)定性好，不潮解，機(jī)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(dǎo)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(dá)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(jìn)。但是能量分辨率仍然不夠理想，工作穩(wěn)定性也尚需進(jìn)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(jìn)行深入研究。 本文對CdSe單晶氣相生長過程中的熱力學(xué)參數(shù)進(jìn)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(xué)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(xué)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(jìn)行了討

4、論。 根據(jù)CdSe晶體生長的熱力學(xué)及動力學(xué)研究結(jié)果，進(jìn)行工藝優(yōu)化，在改進(jìn)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(dá)φ14×40mm的CdSe單晶體，電阻率可達(dá)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(xué)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(xué)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(fù)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(xué)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(fù)極面積會導(dǎo)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(dǎo)致器件的性能下降，穩(wěn)定性降低。 研究制出CdS