论文摘要
Cd1-xZnxTe（CZT）晶体具有优异的光电性能，是迄今制造室温X射线及γ射线探测器最为理想的半导体材料。尽管对CZT的研究由来已久，但在CZT晶体的表面处理、金属与CdZnTe晶体接触及In掺杂特性研究上尚存在诸多难题，本文对之进行了探索。CZT晶体钝化工艺主要是为了减小晶体表面富Te层的电导，减小表面漏电流，提高CZT探测器的性能。钝化可以是物理或者化学过程，可以给晶体表面提供与外界成化学和电学惰性的绝缘层。处理的方法主要有：（1）在晶体表面沉积绝缘物质（ZnS和SiO2）；（2）在晶体表面制备本征薄膜层（氧化物、硫化物以及氟化物）；（3）原位生长宽禁带的Ⅱ-Ⅵ化合物异质结。用NH4／H2O2对CZT晶体钝化，表面主要生成了TeO2。钝化后（[Cd]+[Zn]）／[Te]原子比接近于1，表明钝化后表面更接近CZT的标准化学计量配比，而且改善了晶体近表面区的晶体结构，同时钝化后明显新增了O的含量。光致发光（PL）特性研究结果表明，钝化不仅减小了晶体表面的陷阱态密度，而且减小了与Cd空位复合的深能级杂质浓度。用Agilent 4339B高阻仪进行了CZT晶片I-V特性测试以及Agilent 4294A高精度阻抗分析仪进行了CZT晶片的C-V特性研究，结果表明钝化均能不同程度提高Au／CZT接触的势垒高度，减小漏电流。主要原因是在Au／CZT表面钝化生成的TeO2氧化层增加了接触势垒高度，并减小了电荷因隧道效应而穿过氧化层TeO2的几率。采用同步辐射X射线光电子能谱分析结果计算了Au／CZT接触的势垒高度，腐蚀和钝化处理后Au／CZT接触的Schottky势垒高度分别是0.88±0.02 eV和1.17±0.02 eV。根据I-V测试结果计算出钝化前后的Schottky势垒高度分别是0.85±0.02 eV和0.96±0.02eV。用C-V方法测试出钝化前后Schottky势垒高度分别是1.39±0.02 eV和1.51±0.02 eV。研究了溅射沉积不同金属与CZT晶体接触的电学性能。I-V测试和扫描电子显微镜（SEM）分析结果表明，Au是与CZT晶体最适合的电学接触材料，可以与高阻CZT晶体形成近乎理想的欧姆接触，而与低阻CZT晶体形成了0.95±0.02 eV的Schottky接触势垒。X射线光电子能谱分析，形成欧姆接触的原因主要是由于Au原子在退火的时候扩散进入高阻CZT晶体中，同时Cd与Te原子扩散进入Au接触层。扩散的Au未与CZT晶体中的任何元素形成化合物，而是形成了重掺杂层以及欧姆接触。光致发光谱分析结果表明，互扩散的施主[Au]3+与受主[VCd]2-在溅射过程中进行了复合。同时，Au接触的施主复合体峰(Dcomplex)强度明显强于无Au接触的CZT晶体复合体峰的强度，施主[Au]3+和[Au3+·VCd2-]+可以与[VCd]2-空位进行复合并产生不同的缺陷复合体。对In掺杂CZT晶体特性通过10 K下的光致发光能谱（PL）和室温下的红外透过率能谱来进行了分析研究。分析结果表明，In原子代替Cd空位[VCd]2-，形成了电离施主[InCd]+，以及单负性缺陷复合体A-中心[InCd+·VCd2-]-和中性缺陷复合体[2InCd+·VCd2-]0和[InCd+·(InCd+·VCd2-)-]0。根据高阻In掺杂CZT晶体位于1.6014eV的浅能级施主—受主对峰（DAP）位置，得出位于EDS=13.3 meV的浅施主能级[InCd]+和位于EAS=29.5 meV的浅受主能级[VCd-InCd]-。同时根据CdZnTe：In晶体的10 K～60 K的PL温度依存关系，得出电离能分别为65.5 meV的深施主能级[TeCd]4+和87.4 meV的深受主能级[VCd]2-。用傅立叶变换红外能谱仪（FT-IR）测试了掺杂CZT与未掺杂CZT晶体的红外透过率。未掺杂的CZT晶体红外透过率为58％。掺杂In分别为10ppm、15ppm和30ppm时，CZT晶体红外透过率平均值分别为37％、21％和4％。CZT晶体的红外吸收机理可以归结于晶体的晶格吸收与自由载流子吸收。
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