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CdZnTe单晶表面、界面及位错研究：结构特征与性能调控

一、CdZnTe单晶表面结构与处理技术研究

（一）表面形貌与化学性质分析

为了深入了解CdZnTe单晶表面的特性，研究人员运用了多种先进的分析技术。扫描电子显微镜（SEM）能够提供高分辨率的表面微观图像，让我们清晰地观察到表面的起伏、颗粒分布以及可能存在的缺陷。通过SEM图像，我们可以直观地看到机械抛光后的表面呈现出一定程度的粗糙度，存在许多微小的划痕和凹凸不平的区域，这些微观结构对材料的后续应用有着重要影响。

原子力显微镜（AFM）则能更精确地测量表面的微观形貌，它以原子级的分辨率对表面进行扫描，获取表面的三维轮廓信息。利用AFM，研究人员发现机械抛光表面存在约13μm的损伤层，这一损伤层的存在会对材料的电学和光学性能产生显著影响。例如，在作为探测器材料时，损伤层可能会增加载流子的散射，降低探测器的灵敏度。

X射线光电子能谱（XPS）技术用于分析表面的元素分布和化学态。通过XPS分析，我们得知经Br-MeoH溶液腐蚀后的晶片表面会形成无定形富Te层。在XPS图谱中，Te元素的特征峰强度明显增强，表明表面Te元素的富集。这种富Te层虽然具有独特的化学性质，但它会导致表面电学性能的改变，如增大表面漏电流，从而影响器件的性能。为了消除这一影响，需要进一步进行化学机械抛光处理，以去除富Te层，使表面达到更好的状态。

（二）表面原子结构与电子特性

低能电子衍射（LEED）和同步辐射角分辨光电子能谱（SR-ARPES）在揭示CdZnTe单晶表面原子结构和电子特性方面发挥了关键作用。LEED通过向晶体表面发射低能电子束，并分析电子束的衍射图案，来确定表面原子的排列方式。研究发现，(110)面呈现(1×1)原始结构，这意味着表面原子的排列与理想的晶体结构一致，但同时通过光电子能谱验证了表面弛豫的存在，即表面原子相对于体内原子的位置发生了微小的位移，这种弛豫现象会影响表面的电子云分布，进而影响表面的电学和化学活性。

在(111)A面，由于Cd空位的存在，形成了(√3×√3)R30°重构。Cd空位的出现改变了表面原子的排列对称性，导致表面结构发生重构。这种重构会引入施主型的表面态，使得能带向下弯曲。从电子结构的角度来看，Cd空位相当于提供了额外的电子，这些电子占据了特定的能级，从而改变了能带的形状和位置。

(111)B面则由Te顶戴原子导致(2×2)重构。Te顶戴原子的存在同样打破了原本的表面原子排列，形成了新的(2×2)结构。Te顶戴原子起着受主的作用，导致价带顶向上弯曲。这是因为Te顶戴原子可以接受电子，在价带顶附近形成空穴态，使得价带顶的能量升高，表现为向上弯曲。

同步辐射角分辨光电子能谱（SR-ARPES）进一步计算出CdZnTe(110)面的悬挂键密度约为6.9×101?/cm2，即每一个表面原子含一个悬挂键。悬挂键是表面原子未与其他原子完全成键而剩余的键，它们具有较高的化学活性，容易与外界的原子或分子发生反应，对表面的化学性质和电子特性有着重要影响。表面原子结构的重构和悬挂键的存在，共同决定了CdZnTe单晶表面的电子特性，这些特性在材料的器件应用中，如探测器、传感器等，起着关键作用。

（三）表面处理工艺优化

在CdZnTe单晶的制备和应用过程中，表面处理工艺的优化至关重要。研究人员对比了多种表面处理工艺，包括机械抛光、化学抛光和钝化技术，以确定最佳的表面处理方案。

机械抛光是一种常用的表面处理方法，它通过机械研磨的方式使表面变得平整光滑。然而，如前文所述，机械抛光后的表面存在损伤层，这会对材料性能产生负面影响。化学抛光则采用化学腐蚀的方法来去除表面的损伤层和缺陷，使表面达到更高的平整度和光洁度。研究发现，使用2%Br-MeoH溶液进行化学抛光时，腐蚀速率平稳且易于控制，能够有效去除表面划痕，获得光亮表面。通过AFM分析可知，抛光后表面粗糙度降低30%，平整度明显增加。XPS分析还发现，化学抛光后CdZnTe的(111)Cd极性面变成了富Te非极性表面，这种表面化学组成的改变会影响表面的电学和化学性质。

钝化技术是通过在表面形成一层钝化膜，来减少表面漏电流，提高材料的稳定性。常用的钝化液有NH?F/H?O?溶液和Br?水溶液等。研究表明，与常用的NH?F/H?O?溶液相比，采用Br?水溶液进行钝化处理可以获得钝化效果更好的RO?钝化层，而不是通常得到的CdTeO?层。这种RO?钝化层具有更致密的结构，能够更有效地阻挡电子的传输，从而减少表面漏电流。然而，钝化层（氧化层）会吸收红外光，导致红外透过率