化合物半導(dǎo)體Cd-,1-x-Zn-,x-Te中的In摻雜及其與Au的接觸特性.pdf

1、Cd<,1-x>Zn<,x>Te晶體具有優(yōu)異的光電特性，是理想的室溫核輻射探測器用材料。盡管對Cd<,1-x>Zn<,x>Te的研究由來已久，但在高電阻Cd<,1-x>Zn<,x>Te晶體制備、大直徑Cd<,1-x>Zn<,x>Te晶體生長以及金屬與Cd<,1-x>Zn<,x>Te晶體接觸等方面尚存在諸多難題。本文針對這三個問題進(jìn)行了探索研究。 由于生長過程中組元Cd的揮發(fā)，Cd<,1-x>Zn<,x>Te晶體中容易形成大量的C

2、d空位等點缺陷。這些電活性點缺陷的存在嚴(yán)重影響了Cd<,1-x>Zn<,x>Te晶體的光電性能。針對上述問題，本文通過生長摻雜和退火摻雜兩種途徑，對本征Cd<,1-x>Zn<,x>Te晶體進(jìn)行了摻In改性，并通過，I-V曲線，紅外透過譜以及光致發(fā)光譜等手段考察了In的摻入對晶體性能的影響。研究表明，In的生長摻雜和退火摻雜均能夠有效提高Cd<,1-x>Zn<,x>Te晶體的電阻率。通過生長摻雜，其電阻率由3×10<'7>Ωcm增加至5×

3、10<'10>Ω cm，提高了3個數(shù)量級。而經(jīng)過退火摻雜，Cd<,1-x>Zn<,x>Te的電阻率由5×10<'7>Ωcm提高到了3×10<'9>Ωcm，提高了兩個數(shù)量級。In 的生長摻雜和退火摻雜均降低了Cd<,1-x>Zn<,x>Te晶體的紅外透過率。這是由于，In的引入增加了自由載流子的濃度，使得自由載流子對紅外光的吸收加強(qiáng)。In的引入還在總體上增大了晶格振動時的電偶極矩，造成晶格吸收的加強(qiáng)。這兩方面的原因共同導(dǎo)致了紅外透過率的降

4、低。生長摻雜并沒有導(dǎo)致Cd<,1-x>Zn<,x>Te結(jié)晶質(zhì)量的變化。而退火摻雜后，X射線回擺曲線的半峰寬由125″降低到78″，位錯密度由6.2×10<'4>cm<'-1>下降到1.5×10<'4>cm<'-1>，說明晶體的結(jié)晶質(zhì)量得到提高。PL譜測試表明，生長摻In后，雜質(zhì)及缺陷復(fù)合區(qū)由一個微弱的凸起擴(kuò)展為一個明顯的寬大波包，證實了摻雜后缺陷復(fù)合體(2In<,Cd><'+>-V<,Cd><'2->)<'0>的存在。同時，施主．受主對

5、復(fù)合對應(yīng)的DAP峰的強(qiáng)度增加，且出現(xiàn)了聲子峰DAP-LO。而摻雜后(A<'0>，X)激子峰消失，說明Cd空位已經(jīng)得到有效補(bǔ)償。退火摻雜后，中性施主束縛激子峰(D<'0>，X)的半峰寬明顯減小，同時在(D<'0>，X)的高能肩出現(xiàn)了自由激子峰 FE，并且施主．受主對復(fù)合導(dǎo)致的DAP峰強(qiáng)度也明顯高于摻雜前的情況，D<,complex>峰的強(qiáng)度略有提高。 針對Cd<,1-x>Zn<,x>Te∶In的常規(guī)表征手段非常復(fù)雜，而且測試過程有

6、可能對晶體本身造成損傷。為此，我們通過對大量Cd<,1-x>Zn<,x>Te∶In晶片低溫PL譜的分析測試，總結(jié)了其特征峰的變化特點，并結(jié)合晶體的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能，建立起一套簡單有效且能從本質(zhì)上反映晶體質(zhì)量的無損評價方法。研究發(fā)現(xiàn)，對于高質(zhì)量Cd<,1-x>Zn<,x>Te∶In晶體，近帶邊區(qū)內(nèi)的主峰為施主束縛激子(D<'0>，X)發(fā)光，并且(D<'0>，X)的峰形越明銳，質(zhì)量越好。而在低質(zhì)量Cd<,1-x>Zn<,x>Te∶In晶體中，

7、近帶邊區(qū)內(nèi)的主峰通常為受主束縛激子(A<'0>，X)發(fā)光。此外，高質(zhì)量Cd<,1-x>Zn<,x>Te∶In的PL譜中，一般能區(qū)分出自由激子FE發(fā)光峰，而對于低質(zhì)量的Cd<,1-x>Zn<,x>Te∶In，則很難看到這一點。(D<'0>，X)峰的半峰寬W<,FWHM>與Te沉淀/夾雜密度D<,Te>之間存在著一定的聯(lián)系，前者隨著后者的增加而單調(diào)遞增。二者之間的關(guān)系可以表達(dá)為D<,Te>=-3.49×10<'4>+2.72×10<'4>W

8、<,FWHM>。D<,complex>峰的相對強(qiáng)度可以反映出位錯密度D<,d>的大小。I<,D<,comples>>/I<,(D<'0>,X>)>，越大，Dd越高。其原因是位錯所束縛的激子會產(chǎn)生復(fù)合發(fā)光，反映在光譜上就表現(xiàn)為D<,complex>峰的增強(qiáng)。而DAP峰和D<,complex>峰的相對強(qiáng)度之差與電阻率具有緊密的對應(yīng)關(guān)系。隨著I<,DAP/I<,(D<'0>,X)>-I<,D<,complex>>/I<,(D<'0>,X)>的

9、增大，晶體的電阻率下降。采用改進(jìn)爐體設(shè)計和溫場分布的垂直布里奇曼晶體生長爐，成功制備出了直徑為60mm的大尺寸Cd<,1-x>Zn<,x>Te∶In晶體，并通過比較位錯蝕坑密度，X射線回擺曲線，紅外透過譜以及光致發(fā)光譜等，詳細(xì)分析了晶錠尺寸變化對于Cd<,1-x>Zn<,x>Te∶In晶體性能的影響。研究表明，當(dāng)直徑為30mm時，其位錯密度低，X射線回擺曲線的峰形尖銳，對稱性良好，半峰寬窄。而當(dāng)直徑增加到60mm時，其位錯密度上升了一個

10、量級，且X射線回擺曲線的峰形鈍化，峰側(cè)存在著明顯的劈裂，半峰寬亦被寬化。上述變化是由于，晶錠直徑的增加引起了溫場不均勻性的提高，從而導(dǎo)致生長成的Cd<,1-x>Zn<,x>Te∶In晶錠中產(chǎn)生更大的應(yīng)力所致。同時，晶錠直徑的增加會引起紅外透過率的小幅度升高。這是由于，當(dāng)晶體直徑變大時，位錯密度會有所增加，有更多的自由載流子被俘獲。這就同時引起了自由載流子對于紅外光吸收的弱化，從而提高了其紅外透過率。當(dāng)晶體直徑增加時，低溫PL譜中與位錯相

11、關(guān)的D<,complex>峰的強(qiáng)度會明顯加強(qiáng)，而施主．受主對復(fù)合導(dǎo)致的DAP峰強(qiáng)度會有所削弱。 為了改善Au-Cd<,1-x>Zn<,x>Te∶In的電學(xué)接觸特性，我們采用退火對其進(jìn)行了處理。研究表明，退火處理能有效降低漏電流，并且漏電流降低的程度隨著退火溫度的增加而不斷提高。200℃下的中低溫退火可以有效改善Au-Cd<,1-x>Zn<,x>Te∶In電極的歐姆接觸特性，但300℃以上的高溫退火則會惡化其歐姆接觸特性。Au膜和

12、Cd<,1-x>Zn<,x>Te∶In基體間附著情況的變化是導(dǎo)致這一變化的主因。電極退火對于Au-Cd<,1-x>Zn<,x>Te∶In電極漏電流的穩(wěn)定性有著明顯的影響。退火溫度越高，漏電流的穩(wěn)定性就越強(qiáng)。在300℃退火下得到了最穩(wěn)定的漏電流。這是由于退火有助于提高Au-Cd<,1-x>Zn<,x>Te∶In界面層中的[Au]<'3+>含量，而[Au]<'3+>的增加導(dǎo)致載流子平均弛豫時間的降低，進(jìn)而導(dǎo)致漏電流穩(wěn)定性的提高。退火后與復(fù)合