材料(CZT)研究方法材料(CZT)研究方法.docxVIP

CZT性能表征方法摘要：本文介绍的是x取值范围在0.1—0.2的Cd1-xZnxTe（CZT），组成含量在此范围的CZT材料被用于制造核辐射探测器。本文将重点介绍用XRD、近红外透射、红外显微镜、红外透射显微镜、光致发光等方法对CZT结构性能表征。关键词：CZT 光致发光Abstract:We present a review of the material properties of cadmium zinc telluridewith zinc content x = 0.1——0.2，which is used as nuclearradiationdetector.We talk something about howtouseXRD ,NIT, IR and PL to present the performance of CZT.Key words: CZT PL1.晶格结构碲化镉和碲化锌拥有硫化锌或者闪锌矿的立方结构。这种结构有时被描述为一对互相贯穿相、互替换晶格的面心立方结构，从各自的单位晶胞对角线的四分之一处移出原子，然后以镉或锌原子占据一个替代晶格，碲原子占据另一个。所以，可以将CZT合金理想化的当成是有x份镉原子被锌原子随机替换掉的碲化镉晶体。1.1.XRD测晶格常数A和锌含量由于碲化镉和碲化锌晶格常数不同，导致CZT在晶格常数上也有一定的不确定性，通常我们利用直线近似，通过“Vegard定理”的理论可知，晶格常数同合金组成有以下简单近似关系：a(x)=a1(1-x)+a2x （1）其中a1和a2分别为碲化镉和碲化锌的晶格常数。如果利用布拉格定律，平均晶格常数可以用X射线衍射的布拉格定理来定义：nλ=2d sin(θ)（2）其中λ为入射光波的波长，d为晶面距，θ为入射角度，n为任意正整数。晶面距，d取决于X射线与晶格的位向关系，但又直接对应于晶格常数a。因此，合金的成分可以通过衍射峰的位置来确定。图1【1】展示的是x等于0.1的CZT粉末的X衍射图。选取（220）峰，通过面间距公式可得d=122a （3）对于此峰来说，n=2，由公式（2）可知a=2λsin?(θ)（4）图1 .x等于0.1的CZT粉末的X衍射图由此峰位置2θ=39.9°，代入公式（4）后，将得到的a(x)带入公式(1)，可得出Zn含量的合理近似值，x=0.16【2】。要想获得较为精确的CZT中的Zn含量值，要用到其他的方法。利用高分辨的三维X射线衍射可得到更加精确的晶格常数值，但是这种技术要求确定方位的单晶来获得高效的信号来确定张力和压力的不同影响【3】。1.2. 近红外透射光谱近红外光谱仪（Near Infrared，NIR）是介于可见光（Vis）和中红外（MIR）之间的电磁辐射波，美国材料检测协会（ASTM）将近红外光谱区定义为780-2526nm的区域，是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。近红外光具有分析速度快，对样品无化学污染，测量精度高、分析成本低等优点。图2【4】为几种CZT样品的近红外透射光谱。 图2.几种CZT样品的近红外透射光谱几种样品前身都为Cd充足条件下用垂直布里吉曼法生产的CZT单晶，之后沿着（111）晶面进行切片，后经抛光后在真空度为10-5pa的高纯Te气氛下，在773K温度下分别退火0、60、120、240小时，然后将得到的试样进行近红外透射，记录下近红外射线透过率，得到上图。根据透过率公式；【5】 (5)其中T为透过率，R为反射率，α为吸收系数， d为样品厚度。又因为【6】 (6)其中n为折射率，n与x呈线性关系：n(x)=(nZnTe—nCdTe)x+nCdTe【7】 (7) 如果x=0.04，则n≈2.67【8】。又因为【9】 (8)其中Tmax为透过率T的理论最大值，为64%。如果以α=10cm-1，则对应的波长为λα=10cm-1【9】，通过将式子(5)(6)(7)(8)整合，可得x=289.36—0.33804λα【10】 (9)最后得出结果如表1【4】：通过以上两种方法都可测得CZT的晶格结构。2.缺陷CZT的缺陷对其性能具有重要影响，我们有很多的方法对CZT的各种缺陷进行表征。2.1. 红外显微图片本处所用样品同图2近红外透射所用样品一样。通过红外显微图像，我们可以观察到其中的一些夹杂物或者析出相的分布与数量，如图3【4】。我们可以很清楚的观察到，a图为未退火的图，其上有较多的星状黑点，为Te的夹杂物或者析出物，而在退火60小时后，夹杂物数量明显下降；在退火120h后，夹杂物消失，可以看到图像变的较为平整，而在退火240