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碲锌镉(Cd1-xZnxTe,简写CZT)单晶体是一种性能优异的三元化合物半导体室温核辐射探测器材料,具有闪锌矿型的面心立方结构。CZT具有较低的暗电流(较低的噪声)、较高的电阻、较好的热稳定性、较大的迁移率寿命积和较大的带宽、较高的探测分辨率等诸多优异的性能。用单晶CZT制成的探测器可在室温下工作,工作温度范围宽(-20℃~40℃),能量探测范围宽(10KeV~6MeV),对X射线、γ射线能量分辨率高,在X射线、γ射线成像、天体物理研究、工业探测、安全检测、核辐射探测、核废料监控、X射线荧光分析(XRF)、X射线断层扫描和核医学等方面有重要用途。但是,生长技术和器件工艺上的一系列困难制约着CZT单晶体的广泛应用。 本文在分析了各种不同的生长方法优缺点的基础上,选择了较适宜的B—S生长方法,采用富Cd补偿的办法控制Cd的分压,并将退火工艺有机结合在生长过程中,可稳定地生长出较大体积(Φ20×(40~50)mm)、不同Zn含量(x=0.1~0.2)的高电阻(>108 Ωcm)CZT单晶体,生长工艺较成熟。实验证明,生长速度0.4~0.5mm/h、温度梯度8~12℃/cm、Cd富余量4~6‰是较佳的生长工艺和条件。 采用解理实验、X射线衍射、电学性能测试、红外透过谱测试、可见光吸收谱测试、SEM蚀坑分析、探测器的试制等分析测试方法,并首次采用正电子湮没寿命谱分析方法来研究CZT单晶体的空位缺陷,综合表征了所生长的晶体的质量和性能。在改变EAg腐蚀液的配方的基础上,研制了新的腐蚀液,可方便、快速、有效的显示CzT不同晶面的缺陷蚀坑形貌;研究了利用激光正反射法和自然解理的不同(110)面之间的关系,方便、快速、准确的进行定向切割晶体的方法;采用生长的CZT单晶体自然解理的(110)面,经过表面处理,试制了探测器元件,对24lAm有较强的响应。 本文研究为国家自然科学基金“磅锌福单晶体的生长与应用基础研究”(批准号:59972019)课题的部分内容。