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碲锌镉单晶体的正电子寿命研究1 唐世红 赵北君 朱世富 王瑞林 高德友 陈俊 张冬敏 何知宇 方军 洪果 四川大学材料科学与工程学院，（610064 ） email:bjzhao@ 摘 要：用正电子湮没技术（PAT ）研究了原料富Cd的改进布里奇曼法生长的碲锌镉单晶样 品退火前后的缺陷。刚生长的样品缺陷寿命值较高，其内部存在的点缺陷主要是占优势的 Cd空位，用富Cd 同成分源Cd Zn Te气氛对样品在不同温度下等时退火后，发现样品的正电 1-x x 子寿命参数对退火温度表现出很强的依赖关系，通过对样品退火过程中空位的迁移、聚集及 消失情况分析，得出较适宜的退火温度约为700 ℃。 关键词：正电子湮没技术 碲锌镉 寿命 退火 1.引言 碲锌镉（Cd Zn Te ，简写CZT ）单晶是一种性能优异的三元化合物半导体室温核辐射 1-x x 探测器材料。它具有暗电流低、电阻率高、热稳定性好、禁带宽度大且可调、探测分辨率较 高等诸多优异的光电性能，适用于制作高性能X射线和γ射线探测器，同时也是生长红外探 [1] 测器材料Hg Cd Te最理想的外延衬底 ，近年来倍受到人们的重视。 1-y y 制作高性能探测器需要电阻率高、完整性好的 CZT 单晶体。然而，在实际晶体生长过 程中，由于 Cd 的平衡蒸气压较高，容易导致 CZT 单晶体中 Cd 的流失，从而形成 Cd 空位 或 Te 沉淀等，破坏了 CZT 单晶体的化学计量比，引起晶体成分偏析，导致刚生长的晶体中 存在较多缺陷，降低了晶体电阻率，直接影响到器件的探测性能，严重地制约着 CZT 单晶 体在探测器上的应用。 目前常用的研究CZT单晶缺陷的方法很多，诸如光致发光（PL ）、电子顺磁共振（EPR ）、 电镜（SEM和TEM ）等，但这些方法均难以得到原子尺度的微观结构信息[2]。正电子湮没技 术是利用正电子物质的相互作用来获得有关凝聚态物质内部微观结构和缺陷的一种实验技 术，对原子尺度的缺陷（如空位、空位团和位错）十分敏感。通过这一方法，能够直接得到 缺陷的种类、大小、浓度以及电荷态等准确信息[3]。而采用正电子湮没技术（PAT ）来研究 CZT 晶格缺陷还少见报道。 要想得到品质优良的碲锌镉单晶，除了生长工艺外，合适的热处理工艺是必不可少的。 本文针对在单质Cd气氛源下退火，CZT 晶片表面腐蚀严重的问题，采用在富Cd 同成分源 Cd Zn Te气氛下退火，以减少退火气氛源对晶片的腐蚀，达到减少或消除晶体缺陷的目的。 1-x x 2.实验 2.1样品 实验样品是分别从同一Cd Zn Te晶锭上切割下来的十块相邻晶片，按顺序每相邻两块晶 1-x x 片组成一组样品，一共五组，标记为 1＃、2＃、3＃、4＃、5＃，尺寸均为φ12×1.5mm。 1 1本课题得到国家自然科学基金（项目编号）和高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号： 20020610023 ）资助。 - 1 - 退火前后均用Al O 粉末和 2－5％溴甲醇对每块晶片反复进行机械抛光和化学抛光处理，以 2 3 去除其表面氧化层和应力层，减少测量中的干扰信息。 2.2 正电子湮没寿命测试 22 正电子湮没测试仪器为ORTEC正电子谱仪，实验测量中采用 Na正电子源，仪器的FWHM 6 为 181ps，每个寿命谱的总计数为 10 。 2.3退