气相提拉法生长CdSe单晶体及其性能表征

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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ZCd=48,ZSe=34,平均ZCdSe=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HgI2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HgI2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241Am-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104cm-2量级;Ⅰ—Ⅴ特性测试,计算出晶片的电阻率为109(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241Am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。
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