碘化铅(PbI2)单晶体生长研究

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碘化铅(PbI2)晶体禁带宽度大(Eg=2.32eV),平均原子序数高(Zavg=63),密度大(p=6.2g/cm3,),是一种新型的宽禁带室温核辐射探测器材料。PbI2晶体探测器可用于1KeV~1MeV能量范围的γ和α射线探测,并具有较高的能量分辨率。但由于没有制备出高质量的PbI2单晶体,加上没有成熟的半导体材料加工技术与器件制作工艺,人们对PbI2探测器没有进行深入的研究。 本研究中,以高纯铅(Pb)和碘(I2)单质为原料,在特殊设计的密闭石英安瓿中,采用两温区气相输运方法(TVM)合成PbI2多晶原料,从低温区以热对流的方式输运碘蒸汽到高温区与铅反应生成PbI2,降低了合成安瓿爆炸几率。经X射线衍射分析,合成结果为高纯、单相、致密的PbI2多晶。晶体生长实验中,我们自行设计了双温区管式电阻生长炉,采用垂直布里奇曼法(VBM),以合成的PbI2多晶为原料进行晶体生长。在15~18℃/cm的温度梯度、0.6mm/h的生长速率下,通过适当控制安瓿的生长位置来避免或减轻晶体富碘现象,得到了纯度较高的PbI2单晶体。实验中成功生长出尺寸为Φ15mm×25mm的PbI2单晶锭。该晶锭外观完整,呈橙黄色、半透明状,X射线衍射分析获得了(001)面的四级衍射谱,表明该晶体是结构完整的单晶体。晶体电阻率为1010Ω·cm量级,禁带宽度为2.27eV,红外透过率约为40%,具有良好的光学性能,可用于探测器的制作。
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