碲鋅鎘晶體表面處理、金屬電極接觸特性及其In摻雜行為.pdf

1、Cd<,1-x>《Zn<,x>Te(CZT)晶體具有優(yōu)異的光電性能，是迄今制造室溫X射線及γ射線探測器最為理想的半導(dǎo)體材料。盡管對CZT的研究由來已久，但在CZT晶體的表面處理、金屬與CdZnTe晶體接觸及In摻雜特性研究上尚存在諸多難題，本文對之進(jìn)行了探索。 CZT晶體鈍化工藝主要是為了減小晶體表面富Te層的電導(dǎo)，減小表面漏電流，提高CZT探測器的性能。鈍化可以是物理或者化學(xué)過程，可以給晶體表面提供與外界成化學(xué)和電學(xué)惰性的絕緣

2、層。處理的方法主要有：(1)在晶體表面沉積絕緣物質(zhì)(ZnS和SiO<,2>)；(2)在晶體表面制備本征薄膜層(氧化物、硫化物以及氟化物)；(3)原位生長寬禁帶的Ⅱ-Ⅵ化合物異質(zhì)結(jié)。用NH<,4>/H<,2>O<,2>對CZT晶體鈍化，表面主要生成了TeO<,2>。鈍化后([Cd]+[Zn])/[Te]原子比接近于1，表明鈍化后表面更接近CZT的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)計(jì)量配比，而且改善了晶體近表面區(qū)的晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)鈍化后明顯新增了O的含量。光致發(fā)光(P

3、L)特性研究結(jié)果表明，鈍化不僅減小了晶體表面的陷阱態(tài)密度，而且減小了與Cd空位復(fù)合的深能級(jí)雜質(zhì)濃度。用Agilent 4339B高阻儀進(jìn)行了CZT晶片I-V特性測試以及 Agilent 4294A高精度阻抗分析儀進(jìn)行了CZT晶片的C-V特性研究，結(jié)果表明鈍化均能不同程度提高Au/CZT接觸的勢壘高度，減小漏電流。主要原因是在Au/CZT表面鈍化生成的TeO<,2>氧化層增加了接觸勢壘高度，并減小了電荷因隧道效應(yīng)而穿過氧化層TeO<,2>

4、的幾率。 采用同步輻射X射線光電子能譜分析結(jié)果計(jì)算了Au/CZT接觸的勢壘高度，腐蝕和鈍化處理后Au/CZT接觸的Schottky勢壘高度分別是0.88±0.02 eV和1.17±0.02 eV。根據(jù)I-V測試結(jié)果計(jì)算出鈍化前后的Schottky勢壘高度分別是0.85±0.02 eV和0.96±0.02eV。用C-V方法測試出鈍化前后Schottky勢壘高度分別是1.39±0.02 eV和1.51±0.02 eV。 研究

5、了濺射沉積不同金屬與CZT晶體接觸的電學(xué)性能。I-V測試和掃描電子顯微鏡(SEM)分析結(jié)果表明，Au是與CZT晶體最適合的電學(xué)接觸材料，可以與高阻CZT晶體形成近乎理想的歐姆接觸，而與低阻CZT晶體形成了0.95±0.02eV的Schottky接觸勢壘。X射線光電子能譜分析，形成歐姆接觸的原因主要是由于Au原子在退火的時(shí)候擴(kuò)散進(jìn)入高阻CZT晶體中，同時(shí)Cd與Te原子擴(kuò)散進(jìn)入Au接觸層。擴(kuò)散的Au未與CZT晶體中的任何元素形成化合物，而是

6、形成了重?fù)诫s層以及歐姆接觸。光致發(fā)光譜分析結(jié)果表明，互擴(kuò)散的施主[Au]<'3+>與受主[V<,Cd>]<'2->在濺射過程中進(jìn)行了復(fù)合。同時(shí)，Au接觸的施主復(fù)合體峰(D<,complex>)強(qiáng)度明顯強(qiáng)于無Au接觸的CZT晶體復(fù)合體峰的強(qiáng)度，施主[Au]<'3+> 和 [Au<'3+>·V<'2+><,Cd>]<'+>可以與[V<,Cd>]<'2->空位進(jìn)行復(fù)合并產(chǎn)生不同的缺陷復(fù)合體。對In摻雜CZT晶體特性通過10 K下的光致發(fā)光能譜

7、(PL)和室溫下的紅外透過率能譜來進(jìn)行了分析研究。分析結(jié)果表明，In原子代替Cd空位[V<,Cd>]<'2->，形成了電離施主[In<,Cd>]<'+>，以及單負(fù)性缺陷復(fù)合體A-中心[In<'+><,Cd>·V<'2-><,Cd>]<'->和中性缺陷復(fù)合體[2In<'+><,Cd>·V<'2-><,Cd>]<'0>和[In<,+><,Cd>·(In<'+><,Cd>·V<'2-><,Cd>)<'->]<'+>。根據(jù)高阻In摻雜CZT晶體

8、位于1.6014eV的淺能級(jí)施主一受主對峰(DAP)位置，得出位于E<,DS>=13.3 meV的淺施主能級(jí)[In<,Cd>]<'+>和位于E<,AS>=29.5 meV的淺受主能級(jí)[V<,Cd>-In<,Cd]<'->。同時(shí)根據(jù)CdZnTe∶In晶體的10 K～60 K的PL溫度依存關(guān)系，得出電離能分別為65.5 meV的深施主能級(jí)[Te<,Cd>]<'4+>和87.4 meV的深受主能級(jí)[V<,Cd>]<'2->。 用傅立葉