李宇杰[1]2001年在《Cd_(1-x)Zn_xTe晶体的缺陷研究及退火改性》文中研究指明Cd_(1-x)Zn_xTe晶体具有十分优异的光、电性能，既可作为外延HgCdTe的衬底，又可用来制作X射线及γ射线探测器、太阳能电池等多种光电转换器件，是一种非常重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料。对以外延衬底为应用背景的Cd_(1-x)Zn_xTe(x=0.04)晶体而言，要制备大体积、高性能、成分和结构都十分均匀的体单晶非常困难，晶内常常存在点缺陷、位错、Te沉淀和Te夹杂等各种缺陷，严重影响晶体的光电性能。为了提高晶体性能、减少或消除晶体缺陷，尤其是Te沉淀和Te夹杂，必须将Cd_(1-x)Zn_xTe晶体在一定的温度和气氛条件下进行退火处理。本文的主要内容就是研究退火过程中Cd_(1-x)Zn_xTe晶体内富Te相的形态、大小的变化及其对晶体光、电性能的影响，并通过缺陷化学计算，结合实际的退火实验，制定相应的退火工艺，改善晶体性能。 本文运用缺陷物理和伪化学平衡理论建立了CdTe晶体中的点缺陷模型，其中考虑了各种可能存在的本征单点缺陷，包括中性、一级电离和二级电离状态的Cd间隙原子Cd_i、Cd空位V_(Cd)、Te间隙原子Te_i、Te空位V_(Te)、Te反位原子Te_(Cd)和Cd反位原子Cd_(Te)。利用本文建立的模型计算了相关伪化学平衡反应的反应焓、反应熵及平衡常数，得到了不同温度下晶内自由载流子浓度和各种点缺陷浓度与外界Cd压的关系，并由此得出晶体本征退火的具体参数和条件。计算结果表明，富Cd的CdTe晶体内，多余Cd原子缺陷主要以Cd间隙原子的形式存在。富Te的CdTe晶体中，高温下，晶内多余Te形成的原子缺陷主要是Cd空位。低温下，则晶内Te反位原子、Te间隙原子和Cd空位的浓度都很高。 把二元化合物CdTe的点缺陷模型加以推广，建立了叁元化合物Cd_(1-x)Zn_xTe的点缺陷模型。将(Cd,Zn)Te视为替代型晶格点阵，独立地考察其中CdTe和ZnTe的伪化学平衡。同时，通过统一的空位、反位原子及阴离子间隙原子浓度来反映整体晶格环境的影响。根据计算结果，确定了不同气氛条件下Cd_(1-x)Zn_xTe(x=0.05)晶体中占主要地位的点缺陷和相关伪化学反应式的反应焓、反应熵及平衡常数，给出了两温区本征退火的具体参数。计算结果表明，温度接近熔点时，富Cd的Cd_(1-x)Zn_xTe(x=0.05)晶体内多余Cd形成的原子缺陷主要表现为中性和电离的间隙原子及中性的Te空位。温度低于1300K时，多余Cd形成的原子缺陷则主要是电离的Cd间隙原子。富Te的Cd_(1-x)Zn_xTe(x=0.05)晶体中多余Te主要以Cd李宇杰西北工业大学博士学位论文空位的形式存在。极度富Te条件下，Te反位原子也是占主要地位的多余Te原子缺陷。 本实验采用加入加速柑祸旋转技术的Bridgman法，生长了两种不同尺寸的Cdl_xZnxTe(起始组分为x=0.04)晶锭。通过观察生长态晶体中的微观组织形貌，并测量晶体轴向和径向上不同位置处的成分、红外透过率和X射线回摆曲线，发现晶内有较长的单晶段和轴向成分稳定区。除选晶段外，晶锭其他部分径向成分均匀性较好。但晶内局部存在有富Te相和浓度较高的点缺陷，位错密度也很高。 在这种情况下，确定退火条件时不仅要考虑气一固平衡，还必须充分考虑气-液一固叁相平衡条件。本文通过仔细分析Cd.Te二元相图和Cd卜龙ZnxTe(x=0.04)的P一T相图，认为为了去除富Te相，获得稳定的电学性能，退火时晶片温度应小于115oK，气氛环境的总压力应小于Pcs(对CdTe，Pc汹.2atm)，最好小于Pmin (对CdTe，P‘汹.17atm)。同时必须保证退火时 Cd、Zn和Te的压力都处于固-气平衡范围内。点缺陷计算得到的两温区本征退火条件均满足去除富Te相退火的要求。结合生长态晶体性能和计算得到的本征退火条件，分别设计了高温饱和Zn压退火、低温饱和Zn压退火、高温低Zn压退火、低温低zn压退火、高Cd压退火和单温区浸没式退火六种退火工艺，并通过对比退火前后晶体的成分、微观组织、晶体结构、光学和电学性能，考察了退火工艺参数对退火晶体性能的影响。 选用合适的选择性腐蚀液有效地显示了Cd卜龙ZnxTe晶体内的各种微观组织，如大尺寸的富Te相(>1娜)、层错、孪晶、亚晶界和位错等，并测定了位错密度。在观察微观组织的同时，结合成分测量的结果，考察了大尺寸富Te相(主要是Te夹杂)在退火过程中的变化及消除机理，发现在饱和Zn压、高温低Zn压和单温区浸没式退火过程中，大尺寸富Te相主要通过热迁移向晶体表面聚集，使晶内应力升高，位错密度增加。在发生热迁移的富Te液滴后沿重新析出的Cd卜笼ZnxTe容易形成毛1 11}面的层错。饱和Zn压退火或浸没式退火后，晶体表面还要形成Zn和Te含量很高的表面层。表面层和层错的出现及位错密度的增加都是造成晶体结晶质量下降，包括表面损伤的主要原因。 尺寸小于1娜的Te沉淀和晶内点缺陷的分布、变化情况不能用腐蚀法显示，本文通过分析晶体的红外透过率曲线来间接地考察。波长为50O0c盯’处的红外透过率由沉淀相散射决定。波长为IOO0cm一，处的红外吸收主要是自由载流子的吸收。T460夕TI。00的值则可以反映这两种红外散射机制所占的相对比重。根据退火摘要前后这叁项指标的变化情况考察了Te沉淀在不同退火?
李国强[2]2001年在《Cd_(1-X)Zn_XTe晶体的制备及退火改性》文中认为Cd_(1-x)Zn_xTe晶体具有优异的光电性能。当x=0.04时，它是红外探测器材料Hg_(1-y)Cd_yTe的理想外延衬底；当x=0.05～0.5时，它被用来制作高性能室温X射线及γ射线探测器。同时，也可用于光电调制器以及薄膜太阳能电池等。特别是采用高阻值Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te晶体制备的X射线及γ射线探测器可进一步降低漏电流，提高能量分辨率。同时因其机械强度好、热稳定性好，近年来引起了人们广泛的关注。 采用ACRT-Bridgman法生长出Cd_(0.96)Zn_(0.04)Te及Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te晶体，并测试了Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te晶体的光学及电学性能。根据测试结果，发现为了满足高性能X射线及γ射线探测器的要求，必须对晶体进行后续处理以提高其性能。 采用叁种工艺，对Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te晶片进行了退火改性。并对比分析了经过叁种工艺处理后晶片红外透过率、成分均匀性、杂质含量及电阻率的变化。从中找到了一种实用可靠的工艺。采用该工艺，降低了Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te晶片中的杂质含量，均匀化了晶片的成分分布，使晶片的红外透过率提高到了60％以上。尤为重要的是，经过该工艺处理后，晶片的电阻率提高了2～3个数量级，达到10~(10)Ωcm以上，满足了X射线及γ射线探测器对材料性能的要求。
杨戈[3]2004年在《Cd_（1-x）Zn_xTe晶体生长工艺研究及退火掺杂》文中指出Cd_(1-x)Zn_xTe晶体具有优异的光电性能，是一种非常重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料。当x=0.04时，它是红外探测器材料Hg_(1-y)Cd_yTe的理想外延衬底；当x=0.05～0.2时，它被用来制作高性能室温X射线及γ射线探测器。同时，也可用于光电调制器以及薄膜太阳能电池等。特别是采用高阻值Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te晶体制备的X射线及γ射线探测器具有低的漏电流和高的探测效率，能够在室温下稳定工作，是最有前途的探测器用材料。 本文对和晶体生长密切相关的坩埚内壁镀膜工艺进行了系统研究，制定出相应的改进措施，得到了适用于Cd_(1-x)Zn_xTe晶体生长的高质量碳膜。 采用ACRT-Bridgman法生长出Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te及掺杂的Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te:In晶体，并测试了二者的成分分布及光学、电学性能，发现两种晶锭中的成分分布差异不大，而后者的红外透过率较低，电阻率较高。 将退火与掺杂过程结合起来，根据多组分热力学原理制定了退火掺杂的工艺参数，对比研究了掺杂退火前后成分分布、In掺入量、红外透过率以及电阻率的变化情况。发现掺杂对晶体主成分分布的影响不大，但严重降低红外透过率。掺杂退火中In的掺入量已经超出晶体中Cd空位的数量，晶体电阻率大幅提高，已经满足核探测器对材料电学性能的要求。此外，对于在Cd_(1-x)Zn_xTe晶体上制备稳定欧姆接触电极进行了相应的研究，制定出相应的蒸镀及退火工艺。
杨戈[4]2007年在《化合物半导体Cd_（1-x）Zn_xTe中的In掺杂及其与Au的接触特性》文中进行了进一步梳理Cd_(1-x)Zn_xTe晶体具有优异的光电特性，是理想的室温核辐射探测器用材料。尽管对Cd_(1-x)Zn_xTe的研究由来已久，但在高电阻Cd_(1-x)Zn_xTe晶体制备、大直径Cd_(1-x)Zn_xTe晶体生长以及金属与Cd_(1-x)Zn_xTe晶体接触等方面尚存在诸多难题。本文针对这叁个问题进行了探索研究。由于生长过程中组元Cd的挥发，Cd_(1-x)Zn_xTe晶体中容易形成大量的Cd空位等点缺陷。这些电活性点缺陷的存在严重影响了Cd_(1-x)Zn_xTe晶体的光电性能。针对上述问题，本文通过生长掺杂和退火掺杂两种途径，对本征Cd_(1-x)Zn_xTe晶体进行了掺In改性，并通过I-V曲线，红外透过谱以及光致发光谱等手段考察了In的掺入对晶体性能的影响。研究表明，In的生长掺杂和退火掺杂均能够有效提高Cd_(1-x)Zn_xTe晶体的电阻率。通过生长掺杂，其电阻率由3×10~7Ωcm增加至5×10~(10)Ωcm，提高了3个数量级。而经过退火掺杂，Cd_(1-x)Zn_xTe的电阻率由5×10~7Ωcm提高到了3×10~9ΩCm，提高了两个数量级。In的生长掺杂和退火掺杂均降低了Cd_(1-x)Zn_xTe晶体的红外透过率。这是由于，In的引入增加了自由载流子的浓度，使得自由载流子对红外光的吸收加强。In的引入还在总体上增大了品格振动时的电偶极矩，造成品格吸收的加强。这两方面的原因共同导致了红外透过率的降低。生长掺杂并没有导致Cd(1-x)Zn_xTe结晶质量的变化。而退火掺杂后，X射线回摆曲线的半峰宽由125″降低到78″，位错密度由6.2×10~4cm~(-1)下降到1.5×10~4cm~(-1)，说明晶体的结晶质量得到提高。PL谱测试表明，生长掺In后，杂质及缺陷复合区由一个微弱的凸起扩展为一个明显的宽大波包，证实了掺杂后缺陷复合体(2In_(Cd)~+-V_(Cd)~(2-))~0的存在。同时，施主-受主对复合对应的DAP峰的强度增加，且出现了声子峰DAP-LO。而掺杂后(A~0，X)激子峰消失，说明Cd空位已经得到有效补偿。退火掺杂后，中性施主束缚激子峰(D~0，X)的半峰宽明显减小，同时在(D~0，X)的高能肩出现了自由激子峰FE，并且施主-受主对复合导致的DAP峰强度也明显高于掺杂前的情况，D_(complex)峰的强度略有提高。针对Cd_(1-x)Zn_xTe：In的常规表征手段非常复杂，而且测试过程有可能对晶体本身造成损伤。为此，我们通过对大量Cd_(1-x)Zn_xTe：In晶片低温PL谱的分析测试，总结了其特征峰的变化特点，并结合晶体的结构和电学性能，建立起一套简单有效且能从本质上反映晶体质量的无损评价方法。研究发现，对于高质量Cd_(1-x)Zn_xTe：In晶体，近带边区内的主峰为施主束缚激子(D~0，X)发光，并且(D~0，X)的峰形越明锐，质量越好。而在低质量Cd_(1-x)Zn_xTe：In晶体中，近带边区内的主峰通常为受主束缚激子(A~0，X)发光。此外，高质量Cd_(1-x)Zn_xTe：In的PL谱中，一般能区分出自由激子FE发光峰，而对于低质量的Cd_(1-x)Zn_xTe：In，则很难看到这一点。(D~0，X)峰的半峰宽W_(FWHM)与Te沉淀／夹杂密度D_(Te)之间存在着一定的联系，前者随着后者的增加而单调递增。二者之间的关系可以表达为D_(Te)=-3.49×10~4+2.72×10~4W_(FWHM)。D_(complex)峰的相对强度可以反映出位错密度D_d的大小。I_(D_(complex))／I＼_(D~0，X)越大，D_d越高。其原因是位错所束缚的激子会产生复合发光，反映在光谱上就表现为D_(complex)峰的增强。而DAP峰和D_(complex)峰的相对强度之差与电阻率具有紧密的对应关系。随着I_(DAP)／I_(D~0，X)-I_(D_(complex))／I_(D~0，X)的增大，晶体的电阻率下降。采用改进炉体设计和温场分布的垂直布里奇曼晶体生长炉，成功制备出了直径为60mm的大尺寸Cd_(1-x)Zn_xTe：In晶体，并通过比较位错蚀坑密度，X射线回摆曲线，红外透过谱以及光致发光谱等，详细分析了晶锭尺寸变化对于Cd_(1-x)Zn_xTe：In晶体性能的影响。研究表明，当直径为30mm时，其位错密度低，X射线回摆曲线的峰形尖锐，对称性良好，半峰宽窄。而当直径增加到60mm时，其位错密度上升了一个量级，且X射线回摆曲线的峰形钝化，峰侧存在着明显的劈裂，半峰宽亦被宽化。上述变化是由于，晶锭直径的增加引起了温场不均匀性的提高，从而导致生长成的Cd_(1-x)Zn_xTe：In晶锭中产生更大的应力所致。同时，晶锭直径的增加会引起红外透过率的小幅度升高。这是由于，当晶体直径变大时，位错密度会有所增加，有更多的自由载流子被俘获。这就同时引起了自由载流子对于红外光吸收的弱化，从而提高了其红外透过率。当晶体直径增加时，低温PL谱中与位错相关的D_(complex)峰的强度会明显加强，而施主-受主对复合导致的DAP峰强度会有所削弱。为了改善Au-Cd_(1-x)Zn_xTe：In的电学接触特性，我们采用退火对其进行了处理。研究表明，退火处理能有效降低漏电流，并且漏电流降低的程度随着退火温度的增加而不断提高。200℃下的中低温退火可以有效改善Au-Cd_(1-x)Zn_xTe：In电极的欧姆接触特性，但300℃以上的高温退火则会恶化其欧姆接触特性。Au膜和Cd_(1-x)Zn_xTe：In基体间附着情况的变化是导致这一变化的主因。电极退火对于Au-Cd_(1-x)Zn_xTe：In电极漏电流的稳定性有着明显的影响。退火温度越高，漏电流的稳定性就越强。在300℃退火下得到了最稳定的漏电流。这是由于退火有助于提高Au-Cd_(1-x)Zn_xTe：In界面层中的[Au]~(3+)含量，而[Au]~(3+)的增加导致载流子平均弛豫时间的降低，进而导致漏电流稳定性的提高。退火后与复合体2[Au]~(3+)-3[V_(Cd)]~(2-)相关的D_(complex)峰的强度明显增加，说明Au在退火中能有效地向Cd_(1-x)Zn_xTe：In中扩散形成复合体2[Au]~(3+)-3[V_(Cd)]~(2-)。
陈继权[5]2004年在《CdZnTe晶体欧姆接触薄膜电极的制备工艺与性能研究》文中进行了进一步梳理20世纪90年代中后期，发现CdZnTe晶体是X射线及γ射线探测最优秀的材料。与传统的碘化钠闪烁体探头相比，CdZnTe探头具有很高的探测效率和能量分辨率，可广泛用于安检、工业探伤、医学诊断、天体X射线望远镜等方面。制备CdZnTe探测器最关键的技术之一就是在CdZnTe表面制备出欧姆接触薄膜电极。关于在Cd_(1-x)Zn_xTe晶体表面制备接触电极用导电薄膜，大都是采用蒸发镀膜技术，膜层与CdZnTe晶体结合不很牢固。本研究主要开展了在CdZnTe晶体上欧姆接触电极的设计选材和磁控溅射方法制备导电薄膜的工艺研究，为CdZnTe探测器的制备奠定工艺技术基础。取得的主要成果如下： 理论分析了金属与Cd_(1-x)Zn_xTe半导体的接触关系，给出了对金属与半导体形成欧姆接触产生影响的主要因素：金属、半导体的功函数和半导体表面态，以及这两种影响因素对接触电阻的影响规律。同时对欧姆接触电阻进行了理论计算分析。根据影响因素和计算公式分析，选择Cu／Ag合金作为电极薄膜材料并设计出电极结构。 在JGP560C型超高真空多功能磁控溅射镀膜机上，采用直流磁控溅射法在CdZnTe晶体上制备出Cu／Ag合金薄膜，揭示了气体流量、直流溅射功率、励磁电源功率、工作气压和衬底温度等工艺参数对沉积速率的影响规律。结果表明溅射功率对沉积速率的影响最大，随溅射功率的增大沉积速率快速增大。射频磁控溅射法可获得高纯的Cu／Ag膜，分析了直流磁控溅射法制备的Cu／Ag薄膜中存在杂质的原因。薄膜的电阻率受膜厚、薄膜结构特别是杂质的影响很大。研究了溅射功率、衬底温度和气体流量对Cu／Ag薄膜与CdZnTe衬底的附着性能的影响，发现溅射功率增大对薄膜的附着性能有积极作用。
曾冬梅[6]2005年在《Cd_（0.96）Zn_（0.04）Te晶体的缺陷分析及应力测试》文中认为生长态的CdZnTe晶体内常常存在各种缺陷,包括点缺陷、位错、Te沉淀相和Zn的成分不均匀等。缺陷的大量存在使晶片不能满足作HgCdTe外延衬底的要求,希望通过退火等后序处理手段来达到改善晶片结晶质量的目的。因此,对材料缺陷的分析、测试成为一个重要研究课题。 本文在对晶片性能和缺陷分析的基础上,首先采用两阶段退火方法对晶片进行了退火改性处理,对比了晶片退火前后性能的变化,从中找到了合理的退火工艺参数。同时,还发现长时间的低温退火非但不能提高晶片的红外透过率,反而由于Te沉淀相及其所含杂质的溶解使晶片的红外透过率下降。 采用扫描电镜对退火后的CdZnTe单晶进行了分析。退火后CdZnTe晶片经过腐蚀后表面出现了形貌各异的大尺寸富Te相,这些富Te相是基体中的富Te成分在退火过程中通过热迁移向表面聚集而形成的。热迁移的量随升温速率的升高而增加。 用透射电子显微镜观察和研究了CdZnTe单晶的缺陷。在晶片的透射电镜照片中观察到与晶片表面平行的棱柱位错环和有几何形状的Te沉淀相,Te沉淀相与棱柱位错这两种缺陷是相互依存的。 首次采用了X射线衍射法测定了单晶材料CdZnTe的应力,利用多元线性回归模型分析确定了无应力状态下的布拉格衍射角θ_0,从而计算出CdZnTe的应力。计算结果为,生长态CdZnTe单晶的应力值在10~3MPa数量级,发生的晶格畸变量在10~(-2)～10~(-1)数量级。
唐世红[7]2006年在《碲锌镉晶体的缺陷及其退火研究》文中研究说明碲锌镉(Cd_(1-x)Zn_xTe，简写CZT)晶体是一种性能优异的叁元化合物半导体室温核辐射探测器材料。它具有电阻率高、暗电流低、热稳定性好、带隙宽且可调、探测射线能量分辨率较高等诸多优异的性能，适用于制作X射线和γ射线探测器。近年来倍受到人们的关注，并成为目前世界研究的前沿热点。然而，由于CZT晶体生长温度高、热导率低、各组元尤其是Cd具有较高的平衡蒸气压、Zn组分的分凝系数大、晶面堆垛能低等因素，而导致生长的CZT晶体中存在各种各样的缺陷。 本文针对CZT晶体主要缺陷以及产生的原因进行了分析，利用金相显微镜和扫描电镜对生长的CZT晶体中的缺陷形貌进行了观察，发现其中存在位错、晶界、孪晶界、沉淀以及夹杂等缺陷。通过对晶体红外透过率、紫外—可见光吸收、电阻率测试及腐蚀坑密度计算显示，刚生长的CZT晶体缺陷密度高，电阻率低，难以直接用于制作室温核辐射探测器。 为了获得适于制作探测器的高质量CZT晶体，对生长的晶体进行了退火改性研究。根据对CZT晶体退火机制的分析和退火工艺参数的选择，对生长的CZT晶体分别在不同气氛中进行了退火实验。首次采用正电子湮没技术对退火前后的CZT晶片分别进行了湮没寿命谱测试，同时分别用红外分光光度计和高阻仪对退火前后的CZT晶片的光学和电学性能进行了测试，结果表明，富Cd同成分源Cd_(1-x)Zn_xTe粉末包裹CZT晶体，在700℃退火120h和在单质Zn气氛中600℃退火120h，能有效地减少或消除CZT晶体中的缺陷，改善其均匀性，提高其光学和电学性能，使其适合室温核辐射探测器的制作。 采用退火前后的CZT晶体制备了探测器，并在室温下对~(241)Am源辐射进行了能谱响应测试实验，发现退火和未退火的CZT晶体制作的探测器均对~(241)Am源有能谱响应。其中未退火的晶体制作的探测器，对~(241)Am源辐照呈现一条连续响应谱
俞鹏飞, 介万奇[8]2010年在《低阻值In掺杂CdZnTe晶体的退火改性》文中认为以Cd1-yZny合金作退火源,对采用改进的垂直布里奇曼法(MVB)生长的In掺杂的Cd0.9Zn0.1Te晶片进行退火改性。结果表明:与退火前相比,退火后晶片的成分均匀性提高,Cd、Zn和Te叁种元素的含量更接近理想的化学计量比,平均红外透过率由12%提高到59%,电阻率从3.5×106Ω.cm提高到5.7×109Ω.cm,且在PL谱中出现了代表晶体质量的(D0,X)发光峰。在合适的条件下对低阻值In掺杂的CdZnTe晶体进行退火改性可较好的提高晶体的性能。
何亦辉[9]2014年在《CdZnTe晶体的缺陷研究及退火处理》文中指出Cd1-xZnxTe（CdZnTe或CZT，x≈0.1）探测器由于在室温下对10~100KeV的硬X和γ射线有高的空间和能量分辨率，以及高的探测效率，并且其探测系统简单且可集成度较高，因而在能谱测量和成像领域受到了高度重视。然而，由于CZT晶体生长过程中产生的缺陷繁杂，很难得到较大体积的探测器级的CZT单晶。要进一步提高晶体性能就必须先加深对缺陷的认识，在此基础上才能进行相应的后续处理以改善晶体性能。本文首先对CZT晶体中的二次相及其耦合缺陷进行了深入研究。其次，以大体积的探测器级CZT晶体材料改性为目标，进行了晶体后续退火处理的研究，通过引入不同气氛来调控晶体中的缺陷结构，研究不同结构缺陷对晶体光电性能的影响规律，实现对晶体缺陷和性能的精确控制。从夹杂相的形成机制和形貌特征分析入手，阐明了夹杂相叁维形貌及其诱导缺陷花样。Te夹杂相的形貌可以由十四面体模型来描述，发现了Te夹杂相的形貌演变过程，进而探讨了十四面体模型对II-VI族碲化物晶体的普适性。Te夹杂相的实际平衡形貌为{111}B面组成的正四面体。其次，利用缺陷选择性腐蚀技术确认了在Te夹杂相周围存在六角星形的位错富集区域。经过分析，认为该位错式样在空间上局限于以夹杂相为中心的星状八面体中。通过FIB的lift-out技术对Te夹杂相周围的位错富集区域进行了原位制样和TEM观察，发现存在大量的扩展位错、层错偶极子、层错四面体以及沉淀相等缺陷，并分析了其形成机制。经过低温SEM-CL分析得出，在位错运动过程中，位错会与晶体中的本征点缺陷发生交互作用，导致位错周围本征深能级缺陷（Te反位）的形成。最后，得出了晶体生长条件（冷却速率）和熔体化学计量比对晶体中夹杂相形态和诱导缺陷的影响规律。为了改善晶体的结构均匀性，设计了不同条件下的梯度退火工艺，统计对比了退火前后晶体中夹杂相的组态变化，阐明了夹杂相的迁移行为，并最终找到了去除厚度为5mm的晶片中夹杂相的有效工艺。首先建立了简单的一维方向上的液滴热迁移模型，并据此设计了Cd/Zn和Te气氛下梯度退火条件。Cd/Zn气氛下所选用的温度区间为650~750C，退火时间为120~300h，温度梯度为5~8K/cm。其次，根据夹杂相去除效率η的大小，可以把退火结果总结成三类。在排除不充分退火条件（退火时间和温度）的影响之后，发现Te夹杂相的去除效率η总是大于70%，但其平均值限于85%。在夹杂相迁移过程中，发现尺寸效应和孔洞效应都会对其热迁移过程，乃至去除效率产生影响。总结了Cd/Zn和Te气氛下梯度退火CZT晶体的光电特性的变化，最后，分析了晶体中体位错和夹杂相诱导位错、Te沉淀相等微结构缺陷在退火前后的组态变化。为了进一步改善晶体的光电和探测性能，针对不同状态的晶体，设计了不同的Te气氛和混合气氛(Te和H2混合气氛)恒温退火条件,主要研究了退火前后晶体的光电性能和输运性能的变化,并找到了针对生长态低阻晶体的最佳退火工艺。针对去除夹杂相后的低阻晶体,PL测试表明,退火后晶体中空位型缺陷复合体的相对浓度增加。退火后晶体的电阻率提高至7.1×109Ω·cm。但其对241Am@59.5KeV的γ射线的能量分辨率相比退火前变差,主要是由于退火后晶体中的位错增殖,尤其是在原夹杂相的位置上的增殖造成的。针对生长态中高阻晶体,可以通过Te气氛下退火来进一步提高其电阻率。电阻率的提高可以减小探测器工作时漏电流引起的噪声,从而可以达到更高的能量分辨率。针对生长态低阻晶体,本文选用了5个不同的在富Cd条件下采用熔体法生长的CZT晶锭进行了退火。退火所选用的温度区间为300-600。C,退火时间为10～300h,研究了退火后晶体的光电性能,夹杂相状态以及探测性能的变化。对于某一批次退火后晶片,当所加偏压在350V至500V之间,制成的CZT平面探测器对241Am@59.5KeV的γ射线的能量分辨率在5.42%至5.90%之间,电子的μ旌0.83x10-3至1.12x10-3cm2/V之间。另外,设计并制备了混合气氛退火处理装置。在HT3和HT1退火后,晶体的输运性能都有所改善,但晶体经过HT1退火后改善更为明显,其电子的μ对曾幅接近90%。最后,进行了Φ60mm生长态圆片的退火,在此过程中设计并制备了退火专用坩埚以及坩埚封接接口等必需装置,退火后晶体的电阻率达到3.3x108Ω·cm。本文进一步分析讨论了Cd和Te气氛下退火过程中点缺陷变化的动力学过程。根据富Cd侧的缺陷化学平衡,通过EBIC实验,计算得出在640℃时Cd,缺陷在掺In的CZT中的扩散系数在(0.50～1.33)x10-7cm2/s之间。由于退火过程中Cdi原子的扩散,晶体中的点缺陷结构会由空位型缺陷占主导向间隙型缺陷占主导演变,通过PL观察也验证了该观点。据此总结了在Cd气氛下退火时,CZT晶体中电离缺陷能级的变化规律。根据富Te侧的缺陷化学平衡,在退火过程中由于Vcd的扩散,使晶体中未被补偿的D(InCd),与Vcd作用形成空位复合体缺陷,如[Vcd-Incd]和[Vcd-2Incd]等。针对生长态低阻晶体,在经过10～200h退火后,电阻率变化与Te气氛下的Vcd的化学扩散过程十分一致,表明晶体中深能级Tecd相关缺陷的形成与Vcd密切相关。通过300-500。C退火发现,400℃左右为晶体中Tecd缺陷的形成温度。对退火后的高阻CZT晶体,发现其室温附近暗电流的热激活能约为0.78eV,与+／++的Tecd的能级位置十分接近。据此总结了在Te气氛下退火时,CZT晶体中电离缺陷能级的变化规律。最后,分析了退火前后晶体中的间隙和空位型缺陷对红外透过率曲线和PL光谱的影响规律。
李国强, 谷智, 介万奇[10]2003年在《高阻值CdZnTe晶体的退火改性》文中认为采用Cd1-yZny合金作退火源,对垂直布里奇曼法生长获得的Cd0.9Zn0.1Te晶片进行了退火处理。实验结果表明,退火后,晶片中Zn的径向成分偏离从0.15at%降低到0.05at%,Al、Na、Mg、Cu等杂质的含量得到一定程度的降低,代表结晶质量的半峰宽从182″下降到53″,而红外透过率从56.6%提高到62.1%,电阻率则从7.25×108Ωcm提高到2.5×1010Ωcm。可见,在合适的条件下对高阻值CdZnTe晶体进行退火处理可以提高晶体的性能。
参考文献：
[1]. Cd_(1-x)Zn_xTe晶体的缺陷研究及退火改性[D]. 李宇杰. 西北工业大学. 2001
[2]. Cd_(1-X)Zn_XTe晶体的制备及退火改性[D]. 李国强. 西北工业大学. 2001
[3]. Cd_（1-x）Zn_xTe晶体生长工艺研究及退火掺杂[D]. 杨戈. 西北工业大学. 2004
[4]. 化合物半导体Cd_（1-x）Zn_xTe中的In掺杂及其与Au的接触特性[D]. 杨戈. 西北工业大学. 2007
[5]. CdZnTe晶体欧姆接触薄膜电极的制备工艺与性能研究[D]. 陈继权. 西北工业大学. 2004
[6]. Cd_（0.96）Zn_（0.04）Te晶体的缺陷分析及应力测试[D]. 曾冬梅. 西北工业大学. 2005
[7]. 碲锌镉晶体的缺陷及其退火研究[D]. 唐世红. 四川大学. 2006
[8]. 低阻值In掺杂CdZnTe晶体的退火改性[J]. 俞鹏飞, 介万奇. 人工晶体学报. 2010
[9]. CdZnTe晶体的缺陷研究及退火处理[D]. 何亦辉. 西北工业大学. 2014
[10]. 高阻值CdZnTe晶体的退火改性[J]. 李国强, 谷智, 介万奇. 功能材料与器件学报. 2003
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