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1、http://www.paper.edu.cn1碲鋅鎘單晶體的正電子壽命研究唐世紅趙北君朱世富王瑞林高德友陳俊張冬敏何知宇方軍洪果四川大學材料科學與工程學院，（610064）email:bjzhao@email.scu.edu.cn摘要：用正電子湮沒技術（PAT）研究了原料富Cd的改進布里奇曼法生長的碲鋅鎘單晶樣品退火前后的缺陷。剛生長的樣品缺陷壽命值較高，其內(nèi)部存在的點缺陷主要是占優(yōu)勢的Cd空位，用富Cd同成分源Cd1-xZnxTe氣氛對樣品在不同溫度下等時退火后，發(fā)現(xiàn)樣品的正電子壽命參數(shù)對退火溫度表現(xiàn)出很強的依賴關系，通過對樣品退火過程中空位的遷移、聚集及消失情況分析，得
2、出較適宜的退火溫度約為700℃。關鍵詞：正電子湮沒技術碲鋅鎘壽命退火1.引言碲鋅鎘（Cd1-xZnxTe，簡寫CZT）單晶是一種性能優(yōu)異的三元化合物半導體室溫核輻射探測器材料。它具有暗電流低、電阻率高、熱穩(wěn)定性好、禁帶寬度大且可調、探測分辨率較高等諸多優(yōu)異的光電性能，適用于制作高性能X射線和γ射線探測器，同時也是生長紅外探[1]測器材料Hg1-yCdyTe最理想的外延襯底，近年來倍受到人們的重視。制作高性能探測器需要電阻率高、完整性好的CZT單晶體。然而，在實際晶體生長過程中，由于Cd的平衡蒸氣壓較高，容易導致CZT單晶體中Cd的流失，從而形成Cd空位或Te沉淀等，破壞了CZ
3、T單晶體的化學計量比，引起晶體成分偏析，導致剛生長的晶體中存在較多缺陷，降低了晶體電阻率，直接影響到器件的探測性能，嚴重地制約著CZT單晶體在探測器上的應用。目前常用的研究CZT單晶缺陷的方法很多，諸如光致發(fā)光（PL）、電子順磁共振（EPR）、[2]電鏡（SEM和TEM）等，但這些方法均難以得到原子尺度的微觀結構信息。正電子湮沒技術是利用正電子物質的相互作用來獲得有關凝聚態(tài)物質內(nèi)部微觀結構和缺陷的一種實驗技術，對原子尺度的缺陷（如空位、空位團和位錯）十分敏感。通過這一方法，能夠直接得到[3]缺陷的種類、大小、濃度以及電荷態(tài)等準確信息。而采用正電子湮沒技術（PAT）來研究CZT
4、晶格缺陷還少見報道。要想得到品質優(yōu)良的碲鋅鎘單晶，除了生長工藝外，合適的熱處理工藝是必不可少的。本文針對在單質Cd氣氛源下退火，CZT晶片表面腐蝕嚴重的問題，采用在富Cd同成分源Cd1-xZnxTe氣氛下退火，以減少退火氣氛源對晶片的腐蝕，達到減少或消除晶體缺陷的目的。2.實驗2.1樣品實驗樣品是分別從同一Cd1-xZnxTe晶錠上切割下來的十塊相鄰晶片，按順序每相鄰兩塊晶片組成一組樣品，一共五組，標記為1＃、2＃、3＃、4＃、5＃，尺寸均為φ12×1.5mm。11本課題得到國家自然科學基金（項目編號：60276030）和高等學校博士學科點專項科研基金（項目編號：200206
5、10023）資助。-1-http://www.paper.edu.cn退火前后均用Al2O3粉末和2－5％溴甲醇對每塊晶片反復進行機械拋光和化學拋光處理，以去除其表面氧化層和應力層，減少測量中的干擾信息。2.2正電子湮沒壽命測試22正電子湮沒測試儀器為ORTEC正電子譜儀，實驗測量中采用Na正電子源，儀器的FWHM6為181ps，每個壽命譜的總計數(shù)為10。2.3退火用酒精和去離子水將樣品表面清洗干凈并用氮氣吹干，裝入清洗干凈的石英安瓿一端，-3然后裝入富Cd的Cd1-xZnxTe粉末，淹沒包裹退火樣品。抽真空至10Pa，封結。每組樣品對應的退火溫度為1＃/400℃、2＃/50
6、0℃、3＃/600℃、4＃/700℃、5＃/800℃，時間均為120h。退火結束后，以1℃/min的速率緩慢冷卻到室溫。3.結果與討論[4]固體中的點缺陷捕獲正電子時，主要過程是2γ湮沒。對二態(tài)捕獲模型，可采用計算機擬合方式對正電子湮沒壽命譜曲線進行分解。我們采用國際上通用的POSITRONFIT擬合程序，由計算機擬合出2個壽命值τ1、τ2及每個壽命相應的強度I1、I2，則二態(tài)捕獲模型的正電子平均壽命τm、體壽命τb和捕獲率K分別為：τm=τ1I1+τ2I2（1）-1-1-1τb=I1τ1+I2τ2（2）-1-1K＝I2（τ1－τ2）（3）實驗結果所得數(shù)據(jù)如表1、表2所示:表
7、1：退火前五組樣品的正電子壽命譜參數(shù)-1樣品溫度τ1/psτ2/psI1/％I2/％τm/psτb/psK/s81＃25℃254.1495.293.296.71270.3262.71.29×1082＃25℃257.4449.792.787.22271.3265.61.20×1083＃25℃255.6436.792.327.68269.5264.01.25×1084＃25℃253.1438.891.768.24268.4262.21.38×1085＃25℃255.2442.592.467.54269.32
