核辐射探测器用CdZnTe晶体的退火改性研究

【作者】 王涛； 郭欣； 何亦辉； 刘惠敏； 周岩； 代书俊； 介万奇； 杨波；

【机构】 西北工业大学； 陕西迪泰克新材料有限公司；

【摘要】 CdZnTe（CZT）晶体被认为是目前最理想的室温半导体辐射探测器材料之一。生长态CZT晶体中缺陷较多,通常需要采用退火处理对缺陷进行调控,改善晶体性能。本文研究了不同气体气氛退火对生长态高阻CZT晶体光电性能的影响规律。发现退火前后晶体表面成分的变化取决于组分挥发以及气体与晶体各组分可能发生的化学反应。XPS结果表明,与Ar气氛退火相比,400 K H₂气氛退火后可以得到成分接近化学计量比的理想表面。同时,由于Te与H作用生成挥发性物质TeH₂,H可以有效的去除TeO₂和富Te层,促进气氛原子与CZT的进一步反应。LBIC结果表明,H原子的钝化作用可以显著改变缺陷能级对载流子漂移过程中的俘获和去俘获行为,增大载流子的寿命。据此设计了改善载流子输运性能的混合气氛退火方法。TSC测试表明,混合气氛退火后可以显著降低晶体中缺陷浓度,但是不会改变缺陷能级的位置。利用退火后晶片制备的CZT平面探测器对241Am@59.5 KeV的γ射线的最优能量分辨率为5.92%,电子的迁移率和寿命积提高了2倍更多还原