CdMnTe晶体核辐射探测器制备与性能研究

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碲锰镉(Cd1-xMnxTe或Cd Mn Te,以下简称CMT)晶体在电子能带结构和半导体性质方面与Cd Zn Te十分相似,并在某些方面表现更为优异,因此,CMT晶体成为制备室温核辐射探测器的理想材料之一。优质的晶体是制备性能优良器件的基础,目前,在CMT晶体生长方面,许多科研工作者已经进行了系统、全面的研究,已经能够生长出高质量的晶体。然而,在探测器制备方面的研究还相对较少,本文主要在前人工作的基础上对CMT平面探测器的制备和性能进行研究,希望能够在CMT探测器制备方面积累一定的经验。具体工作从晶体性能研究、探测器制备和探测器性能表征三个方面展开。实验通过不同电(偏)压下的I-V测试,对电阻率与电压的关系进行拟合,得到晶体的真实电阻率为5.01×109Ω·cm。在真实电阻率获得条件下,材料的漏电流最小。实验在(0~3000)V/cm电场条件下探测器的I-V曲线测试的基础上,通过普尔-弗兰克(Poole-Frenkel,或PF)效应分析发现曲线的突变是由导电机制转变引起的。实验还通过220K-300K温度范围内的I-V曲线分析,发现电阻率随温度降低呈指数形式增长,根据电阻率与温度的依赖关系计算出费米能级被钉扎在禁带中部。根据热激电流测试(TSC)实验分析了晶体能级中缺陷能级为分别为0.25e V,0.58 e V和0.63 e V,费米能级为0.75e V。紫外-可见-近红外吸收光谱、红外透过分析,说明实验所采用CMT晶体质量具有良好的光学性能。室温1000V/cm电场强度下,5×5×3(mm3)单平面探测器对未经准直的α粒子(5.48 Me V)的能量分辨率为27.5%。α粒子能谱谱峰包括噪音峰、X射线峰、介质散射峰、反射峰、康普顿平台,空穴拖尾和全能峰等。同时对载流子的输运性能进行了表征,计算了载流子的迁移率和寿命。退火Au-CMT电极I-V特性分析,发现退火后器件的漏电流降低,较未退火的Au-CMT相比,电极和CMT之间的欧姆接触特性提高了。Au-CMT的电流-时间(I-t)测试发现,退火有助于漏电流的稳定,能够降低漏电流引起的噪音峰。退火后α粒子(5.48 Me V)的能量分辨率为17.1%,在退火前的27.5%的基础上有了很大的提高。
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