退火热处理对碲锌镉材料电阻率的影响

来源 :中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:cfzzfz
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碲锌镉是重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体,具有优越的光电性能,由其制备的室温核辐射探测器广泛应用于X射线光谱分析、医疗成像、工业控制、安全防卫检测以及基础科学研究等领域,具有广阔的应用前景和不可估量的市场价值。制备探测器所用的碲锌镉材料,要求具有很高的电阻率(ρ>108Ω cm),通常需要采用高压布里奇曼法生长晶体,该方法的设备要求耐高压,结构复杂,存在不安全因素。采用传统的垂直布里奇曼法生长的碲锌镉晶体电阻率较低,无法满足探测器的制备要求,需要对碲锌镉材料进行后期的退火热处理来提高材料的电阻率。本文研究了退火热处理对碲锌镉晶体电阻率的影响,通过建立In原子在碲锌镉晶体中扩散的理论模型,结合退火热处理前后晶体电阻率的变化,本文研究了退火热处理、扩散系数及晶体电阻率三者之间的联系。高阻碲锌镉材料电阻率的准确稳定测量一直是一个难点,本文通过制备铜膜电极,采用亚飞安程控源表,对高阻碲锌镉材料的电阻率进行了准确、稳定的测量。通过在In气氛条件下对碲锌镉晶体进行退火热处理,将碲锌镉材料的电阻率提高了4个数量级左右,这对于高阻探测器材料的制备具有积极的意义。结合半导体扩散理论以及In原子在碲锌镉晶体中的扩散机理,建立了In原子在碲锌镉晶体中扩散的理论模型。通过理论模型,给出了导致热处理后碲锌镉晶体材料电学性能发生变化的因素是退火热处理的温度和退火时间。根据理论模型,计算得到退火热处理过程中碲锌镉晶片电阻率和In原子在碲锌镉晶片中的扩散系数之间的积分关系。最后将实验数据和理论计算结合起来,得到了1073K、1023K和973K温度条件下In原子在碲锌镉晶片中的扩散系数分别为2.56×10-9cm2/s,9.02×10-10cm2/s和2.17×10-10cm2/s,拟合出了1073K~973K温度范围内扩散系数和温度之间的函数关系,并得到了频率因子D0为2.15cm2/s,扩散激活能E0为1.9eV等数据,这对于深入研究碲锌镉晶片的退火热处理过程具有一定的参考价值。如果热处理后杂质原子在晶片中的浓度分布已知,则利用本实验模型结合相关的参数可以获得在某个温度下该杂质在碲锌镉晶片中的扩散系数。本实验相当于证实了一种研究半导体材料中电活性杂质扩散系数的新方法,即在电活性杂质的气氛下对半导体材料进行退火热处理,然后根据获得的该电活性杂质在半导体晶片的表面浓度以及热处理前后电阻率的变化等参数,应用本文所建立的模型来计算拟合得到该条件下该电活性杂质在半导体材料中的扩散系数。
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