温度场对移动加热器法生长CdMnTe晶体性能影响研究

发布时间：2017-11-22 11:31

  本文关键词：温度场对移动加热器法生长CdMnTe晶体性能影响研究

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【摘要】：Cd_(1-x)MnxTe(CdMnTe)晶体是一种性能优异的新型三元化合物半导体材料,具有禁带宽度大、平均原子序数高和密度大等优点,可以替代CdZnTe晶体成为辐射探测器的主要候选材料,广泛地应用于核医学、空间科学、机场安检、核废料监测及其它核技术领域。因而,对其进行研究具有重大的应用意义。目前,CdMnTe晶体最常用的制备方法是垂直布里奇曼法(Vertical Bridgman,VB),但是该方法晶体生长温度高(1120℃),生长出的晶体成分均匀性及缺陷浓度均不理想。移动加热器法(Traveling Heater Method,THM)综合了液相外延和区熔法的共同优点,采用远低于晶体熔点的低温生长,并在区熔提纯的作用下,能有效提高晶体的成分均匀性并降低晶体的缺陷浓度。本文研究了温度场对于移动加热器法制备CdMnTe晶体的性能影响,重点分析了不同温度场下生长的CdMnTe晶体的生长界面、成分分布、杂质含量、Te夹杂相以及相关电学性能。本文主要研究内容与结果如下:1.分别使用950℃、900℃和850℃的生长温度场生长得到了直径为31 mm、长度为130 mm的三根In掺杂CdMnTe(CdMnTe:In)晶体,并对生长界面进行研究分析。其生长界面的宏观形貌均表现为凹型,但其界面凹陷深度分别为10mm、3mm和7mm,相应的界面曲率分别为0.34、0.09和0.24,其中900℃晶体的生长界面最接近于平面型。另外,从生长界面微观形貌可以看出,950℃和850℃晶体生长界面存在一些不受控制的生长前端,而且界面的中间区域粗糙度也比较大。而900℃晶体生长界面相对平滑,且界面中间区域呈微凸状,有利于生长出高质量大尺寸的单晶。2.研究了CdMnTe晶体的生长界面对晶体中的Te夹杂相、Mn成分分布的影响。900℃生长的CdMnTe晶体其Te夹杂相的浓度及尺寸都较低,这主要归因于平滑的晶体生长界面。另外,晶体生长界面形貌会影响晶体中的Mn成分分布。900℃生长的CdMnTe晶体中Mn含量轴向和径向分布均匀性都要优于950℃和850℃生长的晶体。同时,Cd_(1-x)MnxTe晶体的禁带宽度也可以反映晶体中Mn的含量。实验测得900℃生长的晶体,其禁带宽度处在1.5875~1.60 eV之间,相对于950℃和850℃晶体,这个数值更接近于理论值1.5883eV(x=0.1)。3.研究了THM法生长的CdMnTe晶体中的杂质含量分布。由于THM法的区熔提纯作用,CdMnTe晶锭的尾部(Te溶剂区)的杂质含量明显高于CdMnTe晶体中。同时,随着生长温度的降低,晶体中的杂质含量也不断降低。傅立叶红外透过率测试表明950℃、900℃和850℃生长晶体的红外透过率分别为51%、65%和54%,较小的Te夹杂相浓度及尺寸,较低的杂质含量会明显提高CdMnTe晶体的红外透过率。PL谱测试表明900℃生长的CdMnTe晶体存在(D0,h)峰而不存在DAP峰,且(D0,X)峰的半峰宽(FWHM)相对更低,说明900℃晶体质量最好。4.研究了CdMnTe:In晶体的电学性能和能谱响应特性。研究发现950℃、900℃以及850℃生长的晶体电阻率范围分别为4.32′108~2.35′10~9Ω×cm、2.59′10~9~1.25′1010Ω×cm和1.28′10~9~4.55′10~9Ω×cm。晶体导电类型均为n型,且900℃生长的晶体具有相对更低的载流子浓度和相对更高的载流子迁移率。采用950℃、900℃和850℃生长晶体制成的MSM型CdMnTe探测器在300V偏压下对241Am均有能谱响应,能量分辨率分别为17.2%、8.23%和13.27%。
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O782

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1 吴文其;温度场对移动加热器法生长CdMnTe晶体性能影响研究[D];上海大学;2016年

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本文编号：1214583