CdSe单晶体生长工艺与探测器性能研究

论文摘要

硒化镉(CdSe)晶体平均原子序数高，对射线的阻止本领强；禁带宽度大，电阻率高，漏电流较小；载流子的迁移率一寿命积较大，电荷收集效率高；化学稳定性好，不潮解，机械加工性能好。由于其具有上述优点，使CdSe成为一种新型的性能优异室温半导体探测器材料。但由于获得高质量的CdSe单晶比较困难，器件加工及制作工艺也还不成熟，制约了人们对CdSe核辐射探测器的深入研究及其核辐射探测器的应用。 目前，生长CdSe单晶的技术中，熔体生长技术需高压装置，且生长晶体电阻率较低；熔剂生长技术在晶体内部会残留微量熔剂，影响晶体性能：气相生长技术，因能制备出性能较好的单晶，电阻率达10~6Ω．cm而优于其余两种技术。但也还存在着一些尚未解决的问题，如完整性不够好、电阻率还不够高，使得生长晶体的质量还不够理想。为了改善探测器的性能，人们在器件加工制作工艺的研究上做了一定的工作，探测器的性能得到了一定的改进。但是能量分辨率仍然不够理想，工作稳定性也尚需进一步的提高。所以还需要对CdSe晶体生长和探测器制备工艺及其性能进行深入研究。 本文对CdSe单晶气相生长过程中的热力学参数进行了研究，计算了封闭体系中不同系统总压下平衡气相组成的变化，发现随系统总压力增大，平衡气相组成中分解组分所占的比例减小，晶体完整性增加：获得完整性较好单晶体的热力学条件是，采用较高的平衡蒸气压和较小的温度梯度：同时通过对CdSe

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 概论
• 1.1 半导体核辐射探测器研究进展
• 1.2 室温核辐射探测器材料要求
• 1.3 硒化镉（CdSe）的基本特性
• 1.4 CdSe晶体生长的研究进展
• 1.4.1 原料的提纯
• 1.4.2 晶体的生长方法
• 1.5 CdSe晶体热处理及其器件加工研究进展
• 1.5.1 热处理
• 1.5.2 表面处理
• 1.5.3 电极制备技术
• 1.6 CdSe核辐射探测器的研究进展
• 1.7 小结
• 1.8 本论文的主要研究内容和预期目标
• 第二章 CdSe单晶体生长的热力学及动力学研究
• 2.1 CdSe晶体气相生长方法
• 2.2 CdSe晶体生长的热力学分析
• 2.3 CdSe晶体生长的动力学研究
• 2.3.1 生长动力学过程分析
• 2.3.2 动力学参数的确定
• 2.3.3 晶体生长速度的讨论
• 2.4 小结
• 第三章 CdSe晶体生长工艺研究
• 3.1 CdSe晶体生长参数选择原则与工艺优化
• 3.2 晶体生长
• 3.2.1 多晶原料的提纯工艺
• 3.2.2 晶体生长工艺
• 3.3 CdSe晶体品质表征
• 3.3.1 晶体外观
• 3.3.2 单晶XRD测试
• 3.3.3 晶体的IV测试
• 3.3.4 晶体的红外表征
• 3.3.5 晶体的紫外吸收谱
• 3.3.6 位错蚀坑观察
• 3.4 小结
• 第四章 CdSe晶体热处理研究
• 4.1 晶体缺陷研究的正电子湮没技术
• 4.2 退火装置与工艺
• 4.2.1 Se及Cd气氛下的退火
• 4.2.2 真空退火
• 4.3 气氛下的退火研究
• 4.3.1 退火机制
• 4.3.2 正电子湮没寿命值
• 4.3.3 红外透过与吸收
• 4.3.4 电学性能
• 4.3.5 小结
• 4.4 真空退火研究
• 4.4.1 正电子湮没寿命值
• 4.4.2 中红外透过及吸收
• 4.4.3 电学性能
• 4.4.4 小结
• 4.5 结论
• 第五章 CdSe单晶体表面处理工艺研究
• 5.1 表面处理工艺
• 5.2 不同表面处理工艺下晶片的I─V特性
• 5.3 晶片表面处理工艺对表面形貌的影响
• 5.4 表面处理工艺对表面成分的影响
• 5.5 表面处理工艺对晶片电学性能的影响分析
• 5.6 小结
• 第六章 CdSe核辐射探测器的接触电极研究
• 6.1 电极欧姆接触及肖特基势垒接触
• 6.1.1 欧姆接触
• 6.1.2 金属半导体肖特基势垒接触整流理论
• 6.2 电极接触制备工艺
• 6.3 不同材料制备的接触电极I─V特性
• 6.4 不同组合电极的I─V特性
• 6.5 电极接触面积对电荷收集效率的影响
• 6.6 小结
• 第七章 CdSe核辐射探测器的制备及其性能测试
• 7.1 半导体探测器概述
• 7.1.1 半导体探测器的工作原理
• 7.1.2 探测器的漏电流
• 7.1.3 探测器的能量分辨率
• 7.2 CdSe探测器的制备
• 7.2.1 晶片切割和磨平抛光
• 7.2.2 晶片热处理
• 7.2.3 晶片表面处理
• 7.2.4 晶片接触电极制备
• 7.2.5 探测器的封装
• 7.3 探测器的能谱测试
• 7.3.1 能谱测试系统及测试方法
• 7.3.2 测试结果分析
• 7.4 小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢