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分压控制下的高阻c d o , g z n ol t e 晶体生长及其热处理研究 摘要 c d i _ x z n 。t e 核辐射探测器由于可在室温下工作，并且对x 、y 射线有较高的 探测效率和较好的能量分辨率，因此可广泛应用在核安全、环境监测、医学诊断、 天体物理研究等领域。而高质量的c d i _ x z n 。t e 晶体材料是研制高性能c d l 一。z n 。t e x 一、y 射线探测器的关键。目前国际上商用的c d l - x z n 。t e 晶体是采用高压垂直 布里奇曼法( h p v b ) 制备的，其晶体电阻率已达1 0 “f 2 c m 。但由于其设备复杂， 成品率低( 4 左右) ，价格特别高昂。为此，当前国际上的研究热点是采用低压 垂直布里奇曼法( l p v b ) 制各出高阻、高质量、低成本的探测器级c d l - x z n ，t e 晶体。但是目前对于探测器级c d i x z n 。t e 晶体的l p v b 生长，还存在一些基本 的理论与工艺问题尚未解决。因此开展这方面的研究具有重要的学术意义和实际 应用价值。为此，本文采用改进的垂直布里奇曼法( m v b ) 系统地研究了探测 器级c d o9 z n 0i t e 晶体的制各理论与工艺。本文的主要研究内容与结果如下： 1 、采用有限元法对c d 0 9 z n dl t e 的晶体生长过程进行了模拟。研究了垂直布 里奇曼法( v b ) 晶体生长中不同的因素对晶体生长过程中固液界面形状的影响。 在模拟计算中，考虑了热传导、对流、辐射等热交换过程和相变过程，利用傅立 叶变换等形式给出了变化炉温加载的函数表达式。同时根据模拟结果，进行了相 应的晶体生长实验，并将实验结果和模拟结果进行了比较分析。模拟结果表明， 当坩埚下降速度v p - - 一o 9 一l m m h 时，可获得接近水平的固液界面，这将有利于 获取径向组成分布均匀、高质量的c d o9 z n o1 t e 晶体。这一模拟结果在实验中也 得到了验证。 2 、在前期研究工作的基础上，利用热力学关系，估算了c d i x z n 。t e 和c d h z n 。 熔体的平衡蒸汽分压，并建立了两者各组元平衡蒸汽压之间的关系。首次获得了 c d 0 9 z n oi t e 晶体在其熔点1 3 9 3 k 附近的c d z n 分压，它们分别为p c d = 4 0 4 x 1 0 5p a 和p z n = 4 9 9 x 1 0 4p a ，同时估算出了与之相平衡的c d i _ x z n 。合金控制源的组成 ( x = 0 ，1 9 ) 与温度( 1 1 9 5 k ) 。 3 、为克服传统z n k 合成法存在合成不充分和合成温度高且反应剧烈致使石 英合成管易爆炸等困难，本工作研究设计并采用了z n t e 合成新工艺，即e p s ( e v a p o r a t i n gp r e s s u r es y n t h e s i s ) 法，成功地解决了z n t e 合成的技术关键。此项 工艺国内外还未见有报道。 4 、采用改进的垂直布里奇曼法( m v b ) ，即采用c d o8 i z n oj 9 合金源作为 晶体生长时的气相分压控制，进行了c d o9 z n ol t e 的晶体生长实验。获得了分 压控制与晶体电阻率的关系，成功生长出了高阻、高质量的c d 0 9 z n o1 t e 晶体。 晶体电阻率最高可达1 1 1 0 “q c m ，x 射线摇摆曲线的半峰宽约为5 3 ”，平均 位错密度为7 1 0 4 c m ，红外透过率在5 0 0 0 4 5 0 c m 。1 波数范围内高达6 0 ，径 分压控制下的高阻c d o9 z n oi t e 晶体生长及其热处理研究 向z n 组成分布最大偏差小于o 2 ，第二相沉淀物明显减少。优于仅采用c d 源 控制的生长的c d 0 9 z n o1 t e 晶体。达到同类生长方法报道的最好水平。 5 、研究了高温c d t e 晶体相图的精细结构并由此初步确定了c d o9 z n ol t e 晶 体热处理温度的上限。利用c d l x z n x 熔体的组元平衡分压关系，获得了热处理过 程中采用特定c d z n 气氛分压所需的c d l 。z n x 合金源的组成及控制温度。重点研 究了热处理工艺中的关键参数，包括c d z n 分压、热处理温度与时间等对 c d o 9 z n o l t e 晶体电学性能和各类结构性缺陷的影响。高阻样品经热处理后，晶 体的完整性得到改善，红外透过率提高3 左右，最高可达6 5 ；晶体电阻率可 进一步提高。研究结果还表明，在c d z n 气氛下采用优化的热处理工艺，可使典 型低阻样品的电阻率提高近4 个数量级，红外透过率提高1 0 以上。 6 、首次提出并开展了i n 扩散工艺对c d o9 z n oi t c 晶体的掺杂研究。采用i n 源汽相和晶片表面真空镀i n 扩散两种工艺对非掺杂c d 0 9 z n ol t e 晶片进行了掺i n 热处理研究。研究结果表明，在c d z n 气氛下经过适当的掺i n 热处理能够有效 提高晶片的电阻率，最高达到9 1 1 0 9 q c m ，接近国际上c d o9 z n ol t e 晶体掺 i n 生长所报道的水平，在室温5 0 0 0 4 5 0 c m 。波数范围，红外透过率提高约l o ， 达到6 5 ，同时使品片的其它性能得到明显改善。此项研究结果未见有文献报道。 7 、建立了热处理过程中c d 09 z n ol t e 晶片电阻率和导电类型变化的物理模 型。结合实验数据，通过推算首次获得了i n 、c d 原子在c d 0 9 z n 0 1 t e 晶体中的扩 散系数分别为1 3 5 x e x p ( 二生錾坐)c m 2 s 和2 3 3 。e x p ( 二掣) ( 8 7 3 k f f lt c l 1 0 7 3 k ) ，提出了一种研究半导体材料中电活性杂质扩散系数的新方法。 关键词碲锌镉晶体生长平衡蒸气压 台成法热处理i n 扩散热处理 儿 分压控制有限元模拟提纯e p s 扩散系数 分压控制下的高阻c d 。，z “o - t e 晶体生长及其热处理研究 a b s t r a c t c d l x z n x t er a d i a t i o nd e t e c t o rn o to n l yc a nw o r ka tr o o mt e m p e r a t u r e ，b u ta l s oh a s h i g hd e t e c t i o ne f f i c i e n c ya n dg o o de n e r g yr e s o l u t i o nf o r v a n dx r a ys oi th a s b e e nu s e di nm a n yf i e l d ss u c ha sn u c l e a rs e c u r i t y ，e n v i r o n m e n ti n s p e c t i n g ，m e d i c i n e d i a g n o s e sa n ds p h e r ep h y s i c s r e s e a r c h t h eh i g h q u a l i t yc d i - x z n x t ec r y s t a lm a t e r i a li s t h e k e y i s s u ef o r d e v e l o p i n gh i g h p e r f o r m a n c e c d l x z n x t e n u c l e a r d e t e c t o r s p r e s e n t l yc o m m e r c i a lc d j x z n x tc r y s t a l sa r em o s t l yp r e p a r e db y h p v bm e t h o di nt h e w o r l da n dt h er e s i s t i v i t yo ft h ea s g r o w nc r y s t a lr e a c h e du pt o l 0 “f 2 c m h o w e v e r t h e m e t h o dn e e d e dc o m p l e x e q u i p m e n t sa n d t h eu s e a b l e p a r to f t h ea s g r o w nc r y s t a lw a s l o w e rt h a n4 ，t h ec o s to fc r y s t a lw a sv e r yh i g h a tp r e s e n t ，t h er e s e a r c ho nc r y s t a l g r o w t ho fc d l - x z n x t e i nt h ew o r l di sf o c u so nh o wt o g r o wc r y s t a lw i t hh i g h r e s i s i t i v i t y , h i g hq u a l i t ya n dl o wc o s tb yt h el p v bm e t h o d ，b u tt h e r ea r es t i l ls o m e p r o b l e m so nb a s i ct h e o r ya n dt e c h n o l o g yu n r e s 0 1 v e d ，s oi t i so fi m p o r t a n ta c a d e m i c s i g n i f i c a n c ea n da p p l i e dw o r t ht op e r f o r mt h er e s e a r c ho nt h e s ep r o b l e m s i nt h i s p a p e r ，w es y s t e m a t i c a l l y s t u d i e dt h e p r e p a r a t i o nt h e o r y a n d t e c h n o l o g y o f c d 0 9 z n oj t ec r y s t a l t h em a i nc o n t e n t sa n dc o n c l u s i o n so f t h ep a p e ra r es u m m a r i z e d a sf 0 1 1 0 w s ： f i n i t ee l e m e n tm e t h o d ( f e m ) w a su s e dt os i m u l a t et h eg r o w t h p r o c e s so fc d o9 z n 0i t e c r y s t a la n dt h ee f f e c t so fd i f f e r e n tc r u c i b l em o v i n gr a t e so nc r y s t a lg r o w t hr a t ea n d s o l i d - l i q u i d i n t e r f a c e c o n f i g u r a t i o n w e r es t u d i e da sw e l l t h e r m a l c o n d u c t i o n ， c o n v e c t i o n ，r a d i a t i o na n dp h a s e c h a n g ep r o c e s sw e r ec o n s i d e r e di no u rc a l c u l a t i o n m o d e l t h ei n t r i n s i c r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ei n t e r f a c e s h a p e a n dt h ec r u c i b l e d e s c e n d i n gr a t e w a sd i s c u s s e di nd e t a i l s i na d d i t i o n ，c d 0 9 z n oi t ec r y s t a lg r o w t h e x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u t ，e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t sw e r e c o m p a r e d a sw e l l s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tw h e nc r u c i b l ed e s c e n d sa tt h er a t eo f a b o u tim m h ，n e a r l yf i a ts o l i d l i q u i di n t e r f a c ec a nb ea t t a i n e dw h i c hi sv e r yh e l p f u lt o g a i nc d o9 z n 0l t ec r y s t a lw i t h u n i f o r mc o m p o s i t i o nd i s t r i b u t i o ni nt h er a d i a ld i r e c t i o n a n d h i g h e rq u a l i t y a n d t h es i m u l a t i o nr e s u l ti sw e l lc o n s i s t e n tw i t ht h a to f e x p e r i m e n t s e q u i l i b r i u mp a r t i a lp r e s s u r e s o v e rc d x z n x t ea n dc d l x z n xm e l tw i t hd i f f e r e n t c o m p o s i t i o ni n d i f f e r e n tt e m p e r a t u r e sw e r ee s t i m a t e db yt h e r m o d y n a m i cr e l a t i o n s h i p b a s e do np r e v i o u sw o r k ，a n dt h ec d ，z np a r t i a lp r e s s u r e so fp c o = 40 3 7 x i0 5p aa n d 分压控制下的高阻c d 0 9 z n o 1 t c 晶体生长及其热处理研究 p z n = 4 9 9 5 1 0 4p ao v e rc d 0 9 z n ol t em e l ta tt h em e l t i n gt e m p e r a t u r eo f13 9 3 kw e r e f i r s t l yo b m i n e d ，w h i c h a r ec o n s i s t e n tw i t ht h o s e o v e rt h e c d l x z n xm e l ta tt h e t e m p e r a t u r eo f l1 9 5 k an e w s y n t h e s i sm e t h o dc a l l e de p s ( e v a p o r a t i n gp r e s s u r es y n t h e s i s ) w a sp e r f o r m e d t o s y n t h e s i z ez n t e ，w h i c ho v e r c a m et h ew e a k n e s s e so fc o n v e n t i o n a l s y n t h e s i s m e t h o dw i t hh i g hs y n t h e s i st e m p e r a t u r e ，i n s u f f i c i e n ts y n t h e s i s ，s e v e r er e a c t i o na n d e a s y t oe x p l o d e ，a n d h o m o g e n e o u s z n t ew a so b t a i n e d m v bm e t h o dw a su s e dt o g r o wt h ec d o9 z n 0j t ec r y s t a l su n d e rc d z np a r t i a l p r e s s u r e sp r o v i d e db yc d os i z n o1 9a l l o yr e s e r v o i ri no u rl a b ，w es u c c e e dt oo b t a i nt h e h i g hq u a l i t yc d o9 z n 0i t ec r y s t a l s t h eb e s t r e s u l tf o rt h e r e s i s t i v i t y ，w h i c h h a s r e a c h e du pt oa b o u t1 1 1 0 1 u q c m h a sb e e no b t a i n e du n d e rt h ee q u i l i b r i u mp a r t i a l p r e s s u r e s f w h mo ft h ex - r a yr o c k i n g c u r v ew a sa b o u t5 3 ”w h i c hi n d i c a t e s e x c e l l e n ts t r u c t u r a li n t e g r i t yo ft h ec r y s t a l t h ee t c hp i td e n s i t yo ft h ec r y s t a lw a s7 10 4 c m o n a v e r a g e i n f r a r e dt r a n s m i s s i v i t yo f t h ec r y s t a lw a su pt o6 0 i nt h er a n g e o f5 0 0 0 4 5 0 c m - 。，a n dt h er a d i a lv a r i a t i o no fz nc o n c e n t r a t i o nw a s1 e s st h a l l0 2 a t i na d d i t i o n ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er e s i s t i v i t i e so fc d o 9 z n 0i t ec r y s t a l sa n dt h e p a r t i a lp r e s s u r e sc o n t r o l l e dd u r i n gt h ec r y s t a lg r o w t hw a s a l s oo b t a i n e d t h eu p p e rl i m i tv a l u eo fa n n e a l i n gt e r r i p e r a t u r ew a sd e t e r m i n e db ye x p l o r i n gt h e h i g h t e m p e r a t u r ep h a s eo fc d t e b a s e do nt h e e s t i m a t i o no fe q u i l i b r i u mp a r t i a l p r e s s u r e so v e rc d l x z n xm e l t ，t h ea s - g r o w nh i g hr e s i s t i v i t yc d o9 z n 0i t es l i c e sh a v e b e e na n n e a l e du n d e rc o n t r o l l e dc d z ne q u i l i b r i u mp r e s s u r e sp r o v i d e db yc d l x z n x a l l o ys o u r c e t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep r o p e r t i e so fc d o 9 z n 0t t es l i c e sa n dt h e a n n e a l i n gp a r a m e t e r s s u c ha s a n n e a l i n gt e m p e r a t u r e ，h o l d i n gt i m e ，c d z np a r t i a l p r e s s u r eh a v eb e e nd i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ei n t e g r a l i t yo fc d o9 z n 01t e s l i c e sw i t hh i g hr e s i s t i v i t yw e r ei m p r o v e da f t e ra r m e a l i n g ，i n f r a r e dt r a n s m i s s i v i t yo f t h es l i c e sc a nb er a i s e db y3 u pt o6 5 i nt h er a n g eo f5 0 0 0 - - 4 5 0 c m 。1a n dt h e i r r e s i s t i v i t i e sw e r ef u r t h e rr a i s e d i na d d i t i o n ，t h ec d o 9 z n oi t e w i t hr e l a t i v el o w r e s i s t i v i t yo f 7 o 1 0 4 qc m s l i c e sc a n b er a i s e db y4o r d e r s ，u p t o6 9 7 1 0 s n a m ，t h e v a l u eo fi ro ft h es l i c e sa nb er a i s e db yo v e r 1 0 ，u p t o6 4 i nt h er a n g eo f 5 0 0 0 4 5 0 c m 一，a n da f t e rt h e yw e r ea n n e a l e du n d e ro p t i m i z i n gc o n d i t i o n s an o v e lp r o c e s so fd i f f u s i o ni n t oa s g r o w nc d o 9 z n 0 t t es l i c e sb yi na sg a s - d o p i n g 分压控制下的商阻c d 0 9 z n 。l t e 品体生长及其热处理研究 s o u r c ea n da sf i l ms o u r c eu n d e rc d z n e q u i l i b r i u mp a r t i a lp r e s s u r e s h a sb e e n e x p l o r e d t h ee f f e c t so fa n n e a l i n gt e m p e r a t u r e ，h o l d i n gt i m ea n di np a r t i a lp r e s s u r e o nt h ee l e c t r i c a lp r o p e r t i e s ，i ra n dt ep r e c i p i t a t e so ft h es l i c e sh a v eb e e nd i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h er e s i s t i v i t i e so f t h ea n n e a l e ds l i c e sc a ni n c r e a s eb y5o r d e r s ， r e a c h i n g9 1 1 0 q c m ，t h e v a l u eo fi ro f t h es l i c e sa nb er a i s e db ya b o u t1 0 u pt o 6 5 a n do t h e rp e r f o r m a n c e so ft h ec d 0 9 z n oi r es l i c e sc a na l s ob ei m p r o v e da f t e rt h e y w e r ea n n e a l e du n d e ro p t i m i z a t i o na n n e a l i n gc o n d i t i o n s at r a n s f o r m a t i o nm o d e lc o r r e l a t i n g r e s i s t i v i t y a n dc o n d u c t i o nt y p eo fc d l x z n x t e w i t ht h em a i np a r a m e t e r - - l i f f u s i o nc o e f f i c i e n tw a s p u t f o r w a r di nt h i s p a p e r c 。m b i m n gt h em 。d e l w i t h 。u re x p e r i m e n t a l d a t a ，1 3 5 xe x p ( 二! ：! 娑) c m 2 s a 1 1 d23 3 x e x p ( - 2 _ 3 = 8 一e v ) ( 8 7 3 k 1 0 7 3 k ) ，a v a l u eo f i na n dc dd i f f u s i o nt o e f f i c i e n t 1 ；1 i nc d o 9 z n 0i t eh a v eb e e nf i r s t l yo b t a i n e da n dt h ed a t an e a rt ot h o s ei nc d t ed u et o d i f f e r e n ta u t h o r s i ta p p e a r st h a tw eh a v e p u tf o r w a r d an e wm e t h o dt od e t e r m i n et h e d i 觚s i o nc o e m c i e n tf o rs p e c i e so fr a t h e rs h a l l o wd o n o ri ns e m i c o n d u c t o r s k e y w o r d s ：c d l x z n x r e ；c r y s t a lg r o w t h ；e q u i l i b r i u mp a r t i a lp r e s s u r e ；p a r t i a lp r e s s u r e c o n t r o l ；p h y s i c a lv a p o rt r a n s p o r tp u r i f i c a t i o n ；e p sm e t h o d ；a n n e a l i n g ； i n d i u mv a p o rd i f f u s i o na n n e a l i n g ；d i f f u s i o nc o e f f i c i e n t v 上海大学 y 6 7 8 248 本论文经答辩委员会全体委员审查，确 认符合上海大学博士学位论文质量要求。 答辩委员会签名： 主任 姓 工作单位：善娘职称：爱通姿 姓名： 姓名： 姓名： 碘嗒工 作单位： 作单位： 作单位： 兰隆i 塑量纽职称：逝 职称：塑丝 职称：砸逖 导师： 姓名：互巨蜥作单位：土邂太堂挝抖堂喧职称：麴援 答辩日期：乏! 簪年芷月多一日 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：垄蕴日期幽叫 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：扭翩姆墓垒弛吼 上海大学博士学位论文分压控制下的高阻c d 0 9 z n o - t e 晶体生长及其热处理研究 i 1 引言 第1 章前言 s i ( l i ) 、高纯g e 等半导体探测器由于具有较高的效率和能量分辨率，长期以 来用作v 和x 壕f 线能谱仪，但是它们必须在低温下工作，这样大大限制了应用范围。 c d l x z n 。t e ( c z t ) 化合物半导体探测材料由于具有较高的平均原子序数和较大的 禁带宽度，所以由这些材料制成的探测器具有较大的吸收系数，较高的计数率， 体积小，使用方便，且能在室温工作等优点i l 2 j 。c d l 。z n 。t e 这种新型射线探测器 具有很高的探测效率，与传统的碘化钠闪烁体探头相比，它具有更高的能量分辨 率，可在室温下工作，免除了添加液氮的烦琐。而且，这种半导体探测器易于加 工成像素阵列探测器。配合桥接的硅集成信号读出电路，可做成紧凑、高效、高 分辨率的z 射线成像装置，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p 1 j ，因此己成为当前国际上研究的热点。从最近国际会议情况来 看，c d l _ x z n 。t e 探测器应用前景是明确的，目前的困难和关键还是获得低成本、 低缺陷的c d l 。z n 。t e 单晶材料以及对相关晶体特性鉴测技术。目前国际上采用 高压垂直布里奇曼法( h p v b ) 制备的晶体电阻率已达1 0 ”q c m 。由于它是多 晶材料，且易受惰性气体的沾污，成品率 l o ，故价格高昂。当前国际上已把 c d l - x z n 。t e 晶体生长的研究重点转向压力控制下布里奇曼法生长。 1 2c d l x z n 。t e 材料的应用前景 由于高电阻率c d l x z n x l b 材料可用于制造可在室温下工作的x 、y 一射线核辐射 探测器，而这一点正是g e 和s i 探测器所欠缺的【8 j ，因此近年来c d 】x z n 。t e 探测器 得到了迅速的发展，目前它已可应用于生命科学、材料科学及环境科学等领域。 高电阻率大面积c d l 。z n ，t e 探测器最普通的应用是x 射线荧光分析( x r f ) 。y e i s e n 等人川认为珀尔帖冷却c d l _ x z n 。t e 探测器【9 1 在x r f 领域是s i ( l i ) 探测器较有力的竞 争者。 c d l 。z n x t e 能谱仪在许多领域被认为是由光电倍增管或p i - n 光电二极管耦合 的闪烁计数器的替代品。例如：医学成像、能量分散的安全x 射线照相系统和 用于武器监控和安全检测装置的大面积单元件探测器【5 j 。 当前国际上较大的注意力集中在用于医学成像器件上，这些器件包括由许多 单元探测器组成的列阵、单片维列阵和单片二维列阵。有很多c d i 。z n 。t e 探测器 第1 章前言 用于医学成像和诊断的实例，从用于牙科医生办公室使用的简易x 射线机到心脏血 管造影术( 通过心脏的映像切片) 和骨质密度测量。它还可用在核医学中指示大 脑中活动区域的正确位鼍以帮助描绘象癫痫症等病的情况。s o r e qn r c 生产的一种 名叫n u c a m 相机的新一代大面积y 一射线相机的探测头是由c d l 。z n 。l e g 阵组成 的，其分辨率明显高于俄歇型闪烁相机f 埘。这些新生代相机的目标是取代俄歇型 闪烁相机。最近美国n o v a 公司r d 研制的第二代乳房x 射线照相仪采用的探测头 也是由c d l 。z n 。t e 列阵组成的，该公司还开发了相应的信号读出芯片m a r y ，该照 相仪具有非常好的对比度和能量分辨率 3 1 。另外，用于脑功能成像的正电子发射层 x 射线照相法是另一个潜在的应用领域。 在科学研究方面，c d j 。z n 。t e 探测器在高能物理学方面有很大的应用前景，例 如它可用于高能粒子的加速设备上。化含物半导体探测器已具有很大的竞争力， 可以预料在粒子物理方面的应用会得到很大发展【8 i 。此外c d l 。z n 。t e 探测器在天文 物理研究方面也具有广阔的应用前景【5 l 。 i 2 1 半导体探测器对材料的要求 无论我们使用哪种半导体材料，如果要获得具有良好光谱分辨率和高计数效 率的高性能光谱仪，它要求具备一定的材料性能。其中一些性能要求和其他半导 体器件工艺所要求的一样，而另一些则是这种器件所特别要求的。一些主要的性 能要求如下： 1 高原子序数( z ) ，以便产生有效的射线一原子相互作用。一定材料中的光电吸 收截面随着其原子序数而变化，其关系为z n ，其中4 1 5 0 工作温度( k ) 7 77 7 13 0 ( a 0 0 )3 0 03 0 03 0 0 漂移迁秽率电子2 lx 1 0 4 3 6 。1 0 48 6 0 01 0 01 1 0 01 1 0 0 【c m 2 ( sv 1 】空穴1 lx 1 0 44 2 ，1 0 d4 0 041 0 05 0 电子04 207 886 x 1 0 5l o 一41 0 j 8 1 0 0 ”t 积( c m 2 v ) 空穴 0 2 208 4 4 x 1 0 61 0 - 55 1 0 53 1 0 j 探剥嚣厚度c m )最厚1 c m 300 1020202 电阻率( qc m ) 1 0 3 _ 1 0 41 0 21 0 71 0 31 0 9i o i i 5 5 f c59 k c vol3 602 9 5il l5 能量分 2 “a m5 95 k e v04 0o3 006 4 ( 26 )i 21 53 辨率 ”c oi2 2 k e v05 504 20 4539 f w h m 13 7 c s 6 6 2 k e v0 909458i 0 ( k e y ) 2 “a i n 54 8 6 m e v1 35 i66 48 表1 i 几种常用核探测器材料的性能比较 第1 章前言 1 2 2c d l i z n 。t e 晶体的晶体特性 c d h z n 。t e 为i i 一族化合物半导体材料，它是c d t e 与z n t e 的赝二元系固熔体 合金( x = o 1 ) ，具有闪锌矿结构，其相图如图1 1 ( b ) 所示。 c d i 。z n 。t e 合金可以看成是c d t e 晶体中z n 原子随机的取代了一定分数( x ) 的c d 原子形成的。然而由于c d t e 和z n t e 的晶格常数不相同，因此这种取代必将 伴随原胞在尺寸上的一些变化。我们通常假定最终的晶格常数可由两种组分通过 线性内插法得到，但是e x a f s 测量给出了键长的两种统计分布，它表明t e 亚晶 格可能发生变形，因此线性内插法仅在平均意义上是正确的。 ( a ) c a d m i u m o t e l iur j u m z inca t or nss u bs t i tu t e o i lc a d m i u ms i t es ( b ) 图1 1 ( a ) c d l x z n 。t e 的闪锌矿结构图；( b ) c d l x z n 。t e 的赝二元系固熔体合金相图【 在线性近似的限制范围内，i 由v e g a r d 定律可得合金组成和晶格常数之间有 这样一个简单的关系： a = a 1 ( 1 一x ) + a 2 x ( 1 - 1 ) 式中a l 、a 2 分别为z n t e 、c d t e 的晶格常数。平均晶格常数可用布拉格定律 通过简单的x 一射线衍射来确定； 4 一r一-；ilek 上海大学博士学位论文分压控制下的高阻c d o9 z n oi t e 晶体生长及其热处理研究 r i d = 2 ds i n 8 ( 1 2 ) 这里 为入射射线的波长，d 为晶面之间的距离，0 为入射角，n 为任意正整数。 d 取决于晶体的取向，但是它正比于品格常数a 。因此合金组成可由衍射峰的位 置决定。 由于c d t e 与z n t e 都是直接带隙半导体，c d l 。z n 。t e 也为直接带隙半导体。 c d l - x z n 。t e 的禁带宽度( 4 k ) 可由r - e 和j o n e s 给出的公式计算： e w ；( 1 6 0 6 + 0 3 2 2 x + 0 4 6 3 x 2 ) e v( 1 3 ) 因此c d l x z n 。t e ( 0s xs0 2 ) 晶体具备了些重要的性质，这些性质包括： ( 1 ) 带宽能量高于1 5 e v ，可用来控制热生电流和能量分辨上的总损失； ( 2 ) 组份元素的高原子序数( 5 0 ) 产生高效的光子相互作用； ( 3 ) 机械强度好，这是锌的加入产生的合盒效应使得晶体中原子间共价 键的强度增强的缘故； ( 4 ) 直接跃迁( 较高的量子效率) ； ( 5 ) 无极化效应； ( 6 ) 光灵敏度好； ( 7 ) 相对优异的电荷传输性能，电子和空穴的相对质量小、相对好的迁移 率寿命乘积。 材料性质 备注数值 密度p ( k g 一1 p s ； 5 6 3 6 + 2 1 8 ( t j ) j f l 一( r 一2 9 8 ) c d j 。z n j e( 群= 3 0 8 6 5 + 1 8 5 5 t 1 0 0 0 ) 1 0 “) d = 5 7 8 0 一o2 9 ( r 一1 4 0 6 ) 热膨胀系