叶林森[1]2007年在《气相提拉法生长CdSe单晶体及其性能表征》文中进行了进一步梳理硒化镉晶体是一种新型ⅡA-ⅥB族宽带隙化合物半导体材料，具有闪锌矿和纤锌矿两种晶体结构。其中纤锌矿结构晶体原子序数高(分别为Z_(Cd)=48，Z_(Se)=34，平均Z_(CdSe)=41)，禁带宽度较大(1.74eV)，在室温高偏压下漏电流小，电荷收集效率高，能在室温条件下工作；作为探测器材料，与CdTe和HgI_2等材料相比，硒化镉的力学、热学和化学稳定性好。因此，CdSe晶体是一种有希望代替Si、Ge、CdTe和HgI_2等的室温核辐射探测器新材料，用其制作的探测器和各种仪器可广泛用于探矿、无损检测、核医学、环境监测、海关安全检查、核武器突防和高能物理研究等领域。为此，制备高品质、大直径的CdSe单晶体已成为了许多发达国家竞相研究的热点课题。本文通过对晶体生长机理和方法的较全面研究，结合CdSe晶体气相生长的特点，设计制作了晶体生长新装置，采用垂直无籽晶气相提拉法生长出尺寸达φ15mm×40mm的CdSe单晶体，并对晶体的性能进行了表征；用晶体制作成CdSe探测器，在室温下获得了对~(241)Am-59.5Kev的能谱。研究设计、制备了新的升降装置和双温区生长炉，通过控制双温区炉上下加热温度来调节温场，获得适合CdSe气相生长晶体的较好温场。采用原料提纯和晶体生长在同一石英管中进行的新工艺，先在水平管式炉中逐段驱赶提纯原料，然后将提纯后的原料封结在石英管的生长安瓿一端，在双温区炉中采用垂直无籽晶气相提拉法生长出尺寸达φ15mm×40mm的CdSe单晶体。对生长的CdSe晶体进行解理试验，发现晶体存在两个解理面：(110)和(100)面；采用XRD，分别对(110)和(100)面做单晶回摆谱，衍射峰呈高斯对称分布，半高宽分别为0.585°和1.862°，说明晶体的结晶性较好；采用红外分光光度仪对晶体进行测试，结果表明：在400cm~(-1)～7800cm~(-1)范围，晶体的透过率＞62％，与近似计算得出的红外透过率接近；紫外测试结果表明：截止频率波长约为730nm，通过计算得出晶体的禁带宽度为1.7eV，实验中没有观察到杂质能级；对晶体(110)和(100)面进行腐蚀观察发现，腐蚀密度为10~4cm~(-2)量级；Ⅰ—Ⅴ特性测试，计算出晶片的电阻率为10~9(Ω．cm)量级，适合制作室温下工作的核辐射探测器件；选用该晶体制作成MSM结构探测器，进行能谱响应测试实验，在室温下对~(241)Am源的59.5Kev的能量分辨率接近10％，且具有较好的工作稳定性。综上所述，采用垂直无籽晶气相提拉法生长的CdSe晶体，质量较高、适合室温核辐射探测器制作。
张春丽[2]2017年在《长波红外非线性光学晶体CdSe的生长及其性能研究》文中认为硒化镉(CdSe)属于Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,具有优异的光学和电学性能。在红外非线性光学晶体材料研究领域,CdSe具有独特的优点:透光范围宽(0.75～25μm),吸收系数极低(1～101μm,<0.01cm-1),激光损伤阈值较高,双折射适宜,离散角较小,相位匹配波段宽广。同时,CdSe晶体化学稳定性与机械加工性良好,适合采用2.09μm(Ho:YAG)、2.797 μm(Cr,Er:YSGG)激光器泵浦光参量振荡(OPO),可输出军事、民用等领域亟需解决的8～15 μm中远红外波段激光光源,具有较大实用价值。目前制备CdSe晶体过程中仍存在以下两个问题:一是常用多晶料合成方法存在合成效率低、合成纯度不高等缺点;二是由于CdSe具有高熔点、高蒸气压的特点,传统熔体法不适合生长该晶体,优质CdSe单晶制备相对困难。针对上述问题,本文进行了如下研究和改进。首先,针对多晶合成问题,本文对常规高温元素合成法进行优化、改进,通过模拟数据指导,选择合适起始反应温度,辅以外部加压,控制内外压差,有效避免反应爆炸和组分偏离问题,实现了 CdSe原料的高效、安全合成;经X射线粉末衍射(XRD)检测表明合成原料为高纯单相CdSe多晶,综合热分析表明合成的原料性能稳定,等离子发射光谱仪定量测试结果表明合成的原料杂质含量少,合成的多晶原料质量较好。其次,本文通过采用双温区水平籽晶定向,实施不同温度梯度,有效控制气相输运速率,实现了较大尺寸CdSe晶体生长,并对生长出的CdSe单晶结构、成分、表面形貌、光学等性能进行了分析表征。测试结果表明:CdSe单晶粉末衍射谱与标准衍射峰吻合较好,单晶摇摆曲线半高宽0.5°;Cd、Se化学计量比等于1:0.977,接近理想比;晶体在2.5～20.0 μm红外波段范围内的透过率T>65%,吸收系数α<0.08 cm-1。这些结果表明,采用本方法生长的晶体结晶性较好、成分均匀、透过率较高,品质良好。此外,本文对CdSe晶体的非线性光学性能进行了计算,讨论与模拟计算的结果,将对后续的激光变频实验起到积极的指导作用。本工作对CdSe多晶合成和单晶生长进行了较系统的研究,取得了一定进展。本研究工作对类似具有高蒸气压、高熔点的Ⅲ-Ⅴ、Ⅱ-Ⅵ族晶体材料的制备,可提供有价值的参考。
钟雨航[3]2007年在《CdSe探测器晶片表面处理和钝化研究》文中认为CdSe属于Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,具有较高的平均原子序数,晶体密度较大(5.74g/cm3),对x射线和γ射线有较高的阻止能力,禁带宽度较大(1.73ev),可在室温下工作;载流子迁移寿命积(μτ)较大(7.2×10-4 cm2v-1)。所以用CdSe晶体制作的探测器在室温下有较高的探测效率和能量分辨率。同HgI2、CdTe相比,CdSe有较好的化学稳定性和机械加工性能。这些特点使得CdSe成为制作室温探测器和光二极管、光导摄像管靶、光电池的良好光电材料。然而在器件制备过程中,晶片表面易产生损伤层、划痕及结构缺陷等,会严重影响器件的性能。所以晶片制备过程中,晶片的表面处理对最终器件的性能有着重要的影响。然而,关于CdSe晶片表面处理工艺尚未见文章报道,因此本文就CdSe的表面处理工艺进行了较为深入的研究,主要内容如下:采用传统气相法法生长的CdSe单晶体质量比较差,晶体的完整性低、存在组分偏离化学配比和电阻率低等问题,不能满足制作CdSe室温核辐射探测器的要求。我们采用垂直无籽晶气相提拉法(VUVG)生长出成分均匀、完整性好、电阻率达到107?.cm的CdSe单晶体,为CdSe室温核辐射探测器的制备提供了保障。采用XRD与晶体解理面相结合的方法,针对CdSe晶体比较脆,容易在外力作用下产生裂纹,甚至破裂的特性,探索出了用外圆切割机对CdSe晶体进行切割加工核辐射探测器晶片的较佳工艺为:沿晶体解理面选取晶片厚度约为2mm,刀片的转速约为1000转/分钟,切割速度约为1mm/min,水冷却进行外圆切割。首次将化学机械抛光(CMP)工艺引入CdSe探测器晶片的抛光工艺中,采用弱酸性或弱碱性溶液(NaOH,PH≈8)和刚玉粉(w0.5,浓度10%)混合,对CdSe晶片进行化学机械抛光,提高了晶片的抛光速率,减少了晶片表面的划痕和结构缺陷,获得了符合器件制作要求的晶片厚度和表面态。采用表面钝化工艺提高了CdSe晶片的电阻率,为CdSe探测器的制作奠定了可靠基础。研究表明:采用双氧水对CdSe晶片钝化40分钟,晶片表面最平整,电阻率最高达7.3×108?.cm,适合CdSe室温核辐射探测器制作。
邵双运[4]2001年在《硒化镉（CdSe）单晶体的生长及其性能研究》文中研究说明硒化镉(CdSe)晶体是一种主要的直接跃迁宽带隙Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，有两种结构：一种是六方结构，6mm点群；另一种是立方结构，(?)3m点群。其中六方结构的硒化镉晶体是一种新型的性能优异的室温半导体核辐射探测器材料，也认为是响应可见光的一种极好的光电导材料，可用来制作x-射线、γ-射线探测器和光导摄像管靶、光电池、光二极管等光电器件。 本研究，首先采用改进的原料提纯工艺，即在同一安瓿的提纯段中对CdSe多晶原料进行多级提纯，当提纯到最后一级时将原料直接转移到安瓿的生长段中。此工艺避免了原料的二次污染，保证了原料的纯度，为单晶体的生长奠定了重要的基础。然后采用改进的垂直无籽晶气相法在同一安瓿的生长段中生长CdSe单晶体。用改进的方法生长出了高质量的CdSe单晶体并对晶体的完整性进行了研究。第一次观察到了(110)面的腐蚀形貌，估算出晶体的位错密度为10~4cm~(-2)量级，这是目前所得的最好结果。进一步测试表明：晶体的电阻率为10~7Ω.cm量级，电子陷阱浓度为10~8cm~(-3)量级，在7000cm~(-1)到350cm~(-1)波段晶体的红外透过率为40％。利用长出的晶体制成的室温核辐射探测器对~(241)Am γ—射线进行探测，其能量分辨率达到40％。上述结果表明：在同一安瓿中多级提纯垂直无籽晶气相法是一种有前途的制备高质量CdSe单晶体的新方法， 本研究是四川大学材料系承担的国家教育部重点科技项目的部分工作。研究结果将对CdSe单晶体的实际开发应用具有积极意义，特别是对高质量单晶体的生长和室温核辐射探测器的制备具有实际应用价值。
李艺星[5]2005年在《硒化镉（CdSe）单晶体生长原料的提纯及其标准极图的计算机实现》文中研究说明核辐射探测器是实验核物理技术重要的探测元件,在科学研究、核安全、环境监测、核医学、空间飞行、采矿工业等领域发挥着不可或缺的作用。其对于核物理的发展亦具有重要的作用。目前,室温半导体核辐射探测器以其能量分辨率好、探测效率高、体积小、重量轻、携带方便等优点而成为各国核辐射探测器研究和发展的重点。CdSe 作为一种有前途的制作室温核辐射探测器的半导体材料,曾受到广泛关注,并伴有一些初步的研究成果,但一直没有得到充分发展,究其原因,是因为没有能够生长出高质量的单晶。本研究室在充分调研的基础上,对CdSe单晶体的生长及CdSe 探测器的制备进行了深入的研究。为了能够制作出合格的探测器,首先要生长出高质量的单晶体。CdSe 是一种熔点较高,易挥发的物质,用传统的熔体法生长单晶难度较大,实验证明,用气相法生长CdSe 单晶是一种简单而有效的方法。但这种方法对原料的纯度提出了很高的要求,原料中的杂质不仅阻碍单晶体的生长,更对半导体材料的载流子浓度、载流子迁移率以及少数载流子寿命产生直接影响,这些性质是制作探测器用材料的重要参数;亦对探测器的漏电流、电荷收集以及稳定性等性质起重要作用,对器件的性能造成损害。所以,在生长单晶和制作探测器之前,
温才[6]2006年在《硒化镉（CdSe）单晶体的点缺陷研究》文中研究指明核辐射探测器是实验核物理技术重要的探测元件，在科学研究、核安全、核医学、环境监测、空间飞行、采矿工业等领域发挥着不可或缺的作用，其对于核物理的发展亦具有重要的作用。目前，室温半导体核辐射探测器以其能量分辨率好、探测效率高、体积小、重量轻、携带方便等优点而成为各国核辐射探测器研究领域中发展的重点。 CdSe单晶体是有前途的制作室温核辐射探测器的新材料之一。初步研究表明，CdSe单晶体具有较高的电阻率，载流子迁移率-寿命积较大，对高能射线具有较高的阻止本领；CdSe探测器具有较低的漏电流，探测效率高，电荷收集效率也高，且没有极化效应，工作稳定性好。 为了能够制作出合格的探测器，首先要生长出高质量的单晶体。如果单晶体存在较多的晶格缺陷，将导致高能射线辐照后在探测器灵敏区中产生载流子的复合几率和俘获几率发生局部的剧烈变化，从而引起输出脉冲幅度的涨落最终导致探测器分辨率变坏。同时也会使灵敏区中产生的载流子，在到达电极被收集之前就被复合或俘获，使得载流子收集不完全，甚至无法收集而引起能量分辨率变坏，脉冲幅度减小。 实验表明，用气相法生长CdSe单晶是一种简单而有效的方法。但CdSe单晶体由于其熔点比较高，熔化时还具有较高的蒸气压，加之Se、Cd又具有比较高而不相等的蒸气压，因此生长过程中容易偏离化学计
何知宇[7]2005年在《硒化镉多晶合成与单晶生长工艺的改进》文中提出硒化镉(CdSe)晶体是一种新型,性能优异的室温化合物半导体核辐射探测器材料,其电阻率高(约10~9Ω/cm)、原子序数大(48,34),禁带宽度宽,物理化学性质稳定,在室温下对x-射线、γ-射线有良好的能量分辨率,可广泛应用于探矿、无损检测、核医学、环境监测、军事和空间宇航技术等领域。同时,它还被作为一种新型的红外非线形光学材料,以及太阳电池材料等。目前,由于合成多晶原料时引入的杂质,生长晶体时化学计量比的偏离以及生长界面的不稳定等问题,使得制备具有高纯度、高完整性、高电阻率的CdSe 单晶体非常困难。而高生长缺陷的晶体,将导致探测器件载流子的收集率低,能量分辨率差,甚至失效。在本实验中,首先,我们从热力学原理出发,计算了硒化镉(CdSe)合成反应的反应焓变,反应熵变,Gibbs 自由能,分析了配料的化学计量比,从热力学角度论证了在中温(～650℃)下直接液相合成高纯CdSe 的可能性,选择了合理的合成工艺参数,进行了多种Cd、Se 配比的CdSe 液相合成的实验,通过X 射线粉末衍射法对合成产物进行了分析表明得到了高纯CdSe 多晶,证实了热力学分析的正确性。另外,在CdSe 晶体的光学性能测试中还发现,用这种合成原料与化学合成料生长的晶体相比,在中红外波段538cm-1处没有吸收峰。分析表明,中温液相合成的CdSe 原料能有效地减小原料中的杂质含量,提高了生长晶体的品质。其次,依据相平衡原理和稳定界面生长模型,确定了生长符合化学计量比的CdSe 单晶体的最佳温度及以稳定界面(平界面)生长所需的晶体生长速度。参照研究结果,对气相法生长
卢大洲, 朱世富, 赵北君, 曾体贤, 何知宇[8]2008年在《硒化镉晶体定向切割方法研究》文中进行了进一步梳理根据硒化镉(CdSe)晶体结构的特点,发展了一种简便、快捷、准确的定向方法。此法只需观察CdSe晶体解理面上台阶的走向,便可确定CdSe晶体的C轴方向,即解理面上台阶延伸的方向为CdSe晶体的C轴方向,并采用X射线衍射法对结果进行了验证。已知C轴和某一晶面,借助激光正反射技术,可在CdSe单晶体上定向切割出任意所需的晶面。
金应荣[9]2002年在《硒化镉（CdSe）单晶体生长及其室温核辐射探测器》文中认为CdSe单晶体是最有前途的室温核辐射探测器材料之一，但由于没有制备出高质量的CdSe单晶体，加上没有成熟的半导体材料加工技术与器件制作工艺，人们对CdSe探测器没有进行深入的研究。本文把CdSe单晶体的生长、单晶体的成分、单晶体的性能以及单晶体在室温核辐射探测器中表现出来的性能结合起来进行了比较系统的研究；采用垂直无籽晶气相提拉法生长出了电阻率为10′Ωcm量级、尺寸为中10mm×30mm的单晶体；制备出了能量分辨率达10％(FWHM)(对~(241)Am 59.5KeV谱线而言)的CdSe室温核辐射探测器，取得了较好的研究结果。 在实验中，改进了传统的在单一温度下进行的原料静态升华提纯方法，研究出了温度差较小的两温度多级气相升华提纯工艺，设计出了新型的提纯生长安瓿，有效地避免了提纯原料的二次污染，保证了原料的纯度，同时控制了原料的化学配比，为单晶体生长奠定了坚实的基础；接着采用符合化学配比的CdSe多晶原料和垂直无籽晶气相提拉法生长出了完整性好、电阻率高(10′Ωcm量级)、接近化学配比、具有较大尺寸(φ10mm×30mm)的CdSe单晶体，为制备室温核辐射探测器提供了重要的前提条件；在此基础上，对探测器的制备工艺进行了比较系统的研究，得到了金属—半导体接触(M-S接触)和金属—绝缘体—半导体接触(MIS接触)两种接触电极，与此相对应的依次是具有MSM结构的探测器和具有MIS接触电极的探测器；前者的漏电流较大，能量分辨率较差，但工作稳定性相对较好，后者的漏电流能降低到4pA(300V)以下，能量分辨率达到10％(FWHM)左右，但工作稳定性较差； 理论上，本文首次利用热力学方酚析了气相生长过程中的相搁问题，阐明了控策晶体化学配比的原理与方法：即对于确定的生长温度，只有硒和锅的分压等于它们沿相应液相线的分压，才能生长出符合化学配比的case单晶体，对于符合化学配比的多晶原料，只舶1120C 一1130C才能生长出符合化学配比的Cdse单晶体；此外，本文还通过分析哪u器中的电荷输运，阐明了探测器噪声的来源禾0…的起因，指出在具有MSM结构的硼u器中，电子注谰快，电于注灯o光注入共同作用可g蹦发空穴注入，从而引起探坝器的g鹏噪声；在具有MIS e电极的H器中，电子注入速度很慢，耗尽区的深ggfa88i主可能会进一步电离，从而5！刨一。当晶片的质量较好时，Cdse探坝器的最佳结构是正极采用高阻半导体低阻n型半导体铡 ＊ 删X负极采用MISw。
王雪敏[10]2002年在《硒化镉（CdSe）单晶体及其核辐射探测器的制备》文中研究表明硒化镉(CdSe)是直接跃迁宽带隙的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，常温下呈深灰色，具有立方(C_(6V)~4点群)和六方(43m点群)两种结构。六方结构的硒化镉晶体是纤锌矿结构。由于CdSe具有较大的平均原子序数，对原子射线具有较高的阻止本领，同时其禁带宽度(Eg=1.7ev)较大，探测器工作时漏电流比较小，达到了M．B．Prince提出的优良室温核辐射探测器材料必须具备的要求，因而被认为是制备室温核辐射探测器的最有前途的新材料之一，可广泛应用于探矿、无损检测、核医学、环境监测、军事和空间宇航技术等领域。 由于制备具有高纯度和高电阻率的CdSe单晶体非常困难：到目前为止，制备CdSe单晶体的方法虽然很多，如溶液法、熔体法、温度梯度溶剂区熔法(TGSZ)等，但是都因各自的不足而没有成为简便而理想的制备CdSe单晶体的方法，所以CdSe单晶体没有得到广泛的应用。 本实验中，对传统气相提纯原料的方法进行了改进，避免了原料的二次污染，明显降低了原料中的杂质浓度，得到了高纯度的CdSe多晶原料。对气相法生长CdSe单晶体的工艺过程进行了改进，调整了晶体生长过程中的工艺参数，减小了各种造成的CdSe组分偏离理想化学配比的因素，生长出了中电阻率的(10~7Ω．cm数量级)，红外透过率较为理想的(约为5096)，低位错密度(10~4cm~(-2)数量级)和低电子陷阱浓度(10~8cm~(-3)数量级)的，完整性好的优质CdSe单晶体。采用蒸镀Au作为探测器的电极，并通过测定伏安特性和~(241)Amγ能谱特性发现：CdSe探测器在腐蚀30秒、钝化40分钟后，背景噪声低，性能稳定，能量分辨率达到40％。晶体生长和探测器制备工艺技术是制备性能优异的探测器的基础，因此，通过不断改进晶体生长过程和探测器的制备工艺技术，可以制得低背景噪声、性能稳定及能量分辨率较高的CdSe室温核辐射探测器，这也是需要进一步研究和提高的地方。 本研究工作是四川大学材料科学与工程学院承担的国家教育部重点科技项目及高校骨干教师资助计划的部分工作。实验研究结果将对CdSe晶体的制备理论和实际开发应用都具有重要的意义，特别是对单晶体的生长和探测器的制备工艺研究将具有积极的推动作用。
参考文献：
[1]. 气相提拉法生长CdSe单晶体及其性能表征[D]. 叶林森. 四川大学. 2007
[2]. 长波红外非线性光学晶体CdSe的生长及其性能研究[D]. 张春丽. 中国科学技术大学. 2017
[3]. CdSe探测器晶片表面处理和钝化研究[D]. 钟雨航. 四川大学. 2007
[4]. 硒化镉（CdSe）单晶体的生长及其性能研究[D]. 邵双运. 四川大学. 2001
[5]. 硒化镉（CdSe）单晶体生长原料的提纯及其标准极图的计算机实现[D]. 李艺星. 四川大学. 2005
[6]. 硒化镉（CdSe）单晶体的点缺陷研究[D]. 温才. 四川大学. 2006
[7]. 硒化镉多晶合成与单晶生长工艺的改进[D]. 何知宇. 四川大学. 2005
[8]. 硒化镉晶体定向切割方法研究[J]. 卢大洲, 朱世富, 赵北君, 曾体贤, 何知宇. 人工晶体学报. 2008
[9]. 硒化镉（CdSe）单晶体生长及其室温核辐射探测器[D]. 金应荣. 四川大学. 2002
[10]. 硒化镉（CdSe）单晶体及其核辐射探测器的制备[D]. 王雪敏. 四川大学. 2002