Cd0.9Mn0.1Te晶体生长及其缺陷分析

采用Bridgman法和ACRT-B法生长了两根Cd0.9Mn0.1Te晶锭(简称CMT-B和CMT-A).采用光学金相显微镜和扫描电镜研究了这两种方法生长的晶体中出现的各种缺陷,并分析了其形成机理.采用JEOL-733电子探针测定了两根晶锭中Mn的分布.对比CMT-B和CMT-A两根晶锭,发现ACRT所产生的对流可提高Cd0.9Mn0.1Te晶体的结晶质量.     

ACRT-B法生长的MnxCd1-xIn2Te4晶体的溶质分凝特性

研究了ACRT－B法生长的Mn0.2Cd0.9In2Te4晶体中界面形状和各组元沿轴向的分布规律及其分凝因数，发现结晶界面为椭球形；采用理想配比生长MnxCd1-xIn2Te4晶体，其4种组元并不按（Mn,Cd):In:Te=1:2:4比例结晶，而是要重新分布；通过数学方法处理实验数据得到Mn,Cd,In的分凝因数在α相区分别为1．286，1．9257和0．7294，在β相区则分别为1．12，1．055和0．985。     

Cd补偿垂直布里奇曼法生长Cd0.9Zn0.1Te晶体

采用传统垂直布里奇曼法和Cd补偿垂直布里奇曼法,分别生长出两根尺寸为 30mm×130mm的Ccd0.9Zn0.1Te晶锭.测试了晶体的结晶质量、成分分布、位错腐蚀坑密度(EPD)、红外透过率及电阻率.结果表明,Cd补偿垂直布里奇曼法生长的晶体结晶质量好、成分分布均匀、EPD低、红外透过性能好且电阻率高.这说明Cd补偿垂直布里奇曼法是一种生长高阻值CZT晶体的优良方法.     

Bridgman法生长的MnxCd1-xIn2Te4晶体相形成规律和物理性能研究

采用Bridgman法生长了x为0.1,0.22和0.4的四元稀磁半导体化合物MnxCd1-xIn2Te4晶体.研究了三根晶体中相的形貌、结构、成分和Mn0.1Cd0.9In2Te4晶体中各组元沿轴向和径向的成分分布.晶体生长初始端的组织为α+β+β1,随着生长的进行,形成β相的单相区.在晶锭末端,形成In2Te3类面心立方结构化合物.组分x增大后,MnxCd1-xIn2Te4晶体的吸收边向短波方向移动,禁带宽度则线性增大.磁化率测量结果表明:晶体在高温区的x-1-T曲线服从居里-外斯定律,在低温区(<50K)则表现出顺磁增强现象.     

溅射功率对CdZnTe薄膜成分和结构的影响

采用Cd0.9Zn0.1Te晶体作为溅射靶在玻璃衬底上利用磁控溅射法制备出CdZnTe薄膜,研究了溅射功率对CdZnTe薄膜的成分、结构特性的影响。制备的CdZnTe薄膜是具有闪锌矿结构的多晶薄膜,沿（111）择优取向。随着溅射功率的增大,薄膜沉积速率增大,薄膜结晶质量提高。采用晶体靶Cd0.9Zn0.1Te溅射CdZnTe薄膜时,无论是在何种功率下CdZnTe薄膜中的Cd原子成分均高于Te原子成分,Cd原子表现为择优溅射原子。     

Cd0.9Zn0.1Te晶体中的In掺杂研究

采用电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）和光致发光的手段研究了In在Cd0.9Zn0.1Te晶体中的分布及存在状态,浓度测试结果表明，In的分凝特性受生长条件影响很大，沿晶体轴向有效分凝因数在0．19到0．5之间变化。对高电阻和低电阻In掺杂Cd0.9Zn0.1Te晶体光致发光强度与温度依赖关系的研究表明，高电阻晶体D^0X峰存在两个热激活能2．8meV和21meV，低电阻晶体A^0X热激活能为3．4meV。分析认为In掺杂导致的自补偿效应是导致掺杂效率低下的原因。     

温度梯度溶液生长法制备x=0.2的Cd1-xZnxTe晶体及性能研究

利用温度梯度溶液生长法(TGSG)在较低生长温度下制备了掺Al和掺In的x=0.2的Cd1-xZnxTe晶体,晶体起始生长温度约为1223K,温度梯度为20～30K/cm,坩埚的下降速度为1mm/h。采用红外显微镜、傅里叶红外光谱仪、扫描电镜能谱仪(SEM/EDS)和I-V测试分别研究了晶体中的Te夹杂相、红外透过率、Zn组分分布和电阻率。结果显示CdZnTe晶锭初始生长区、稳定生长区的Te夹杂相密度分别为8.3×103、9.2×103/cm-2,比垂直布里奇曼法生长的晶体低约1个数量级,红外透过率分别为61%、60%。Al掺杂CdZnTe晶体的电阻率为1.05×106Ω.cm,而In掺杂CdZnTe晶体的电阻率为7.85×109Ω.cm。晶锭初始生长区和稳定生长区的Zn组分径向分布均匀。     

温度梯度溶液法生长的Cr掺杂的ZnTe晶体的表征

以CrTe作为掺杂源、以Te作为溶剂, 用温度梯度溶液法生长了Cr掺杂的ZnTe晶锭。晶锭头部的晶粒尺寸较大(>10 mm×10 mm), 且Te夹杂相较少。Te夹杂相的大小、形状和分布可以反映晶锭中的温场分布。晶锭的径向非对称温场导致富Te相沿径向非对称分布。Te夹杂相在温度梯度作用下的热迁移会导致其相互融合长大、变长。Te夹杂相也会在晶体中引入裂纹和空洞等缺陷。部分未被掺入ZnTe中的CrTe富集于固液界面处, 表明温度梯度溶液法生长晶体时具有一定的排杂作用。Cr掺杂的ZnTe晶体的电阻率(约1000 Ω·cm)高于未掺杂的ZnTe(约300 Ω·cm)。Cr掺杂晶体在约1750 nm处的吸收峰表明Cr²⁺离子被成功地掺入了ZnTe中。但是Cr掺杂后晶体的红外透过率降低, 表明Cr掺杂引入了较多的缺陷。     

高阻值 CdZnTe晶体的退火改性

采用 Cd1－ yZny合金作退火源,对垂直布里奇曼法生长获得的 Cd0.9Zn0.1Te晶片进行了退火处 理.实验结果表明,退火后,晶片中 Zn的径向成分偏离从 0.15at ％降低到 0.05at％, Al、 Na、 Mg、 Cu等杂质的含量得到一定程度的降低,代表结晶质量的半峰宽从 182″下降到 53″,而红外透过率从 56.6％提高到 62.1％,电阻率则从 7.25× 108Ω cm提高到 2.5× 1010Ω cm.可见,在合适的条件下 对高阻值 CdZnTe晶体进行退火处理可以提高晶体的性能.     

铝诱导对磁控溅射制备CdZnTe薄膜结晶的影响

选用Cd0.9Zn0.1Te晶体和纯度为99.999%的铝为靶材,结合Al诱导晶化技术,采用磁控溅射法在普通玻璃衬底上制备了CdZnTe薄膜。研究了铝诱导CdZnTe薄膜的结构和形核机理。研究表明,铝诱导的CZT薄膜为闪锌矿结构,且为(111)晶面的取向生长;在薄膜生长过程中,覆盖在CdZnTe表面的铝首先与ZnTe结合,形成了ZnAl2Te4相,并以此为核心,诱导CdZnTe异质形核结晶,重新形成了小晶粒团簇的较致密颗粒状薄膜,提高了薄膜(111)面的优势取向结晶,提高了CdZnTe薄膜的结晶质量。讨论了薄膜的光学性能。     

Cd0.8Mn0.2Te晶体的磁化强度和法拉第效应研究

采用垂直Bridgroan法制备出了x=0.2的Cd1-xMnxTe晶体(Cd0.8Mn0.2 Te).利用MPMS-7(magnetic property measurement system)型超导量子磁强计测量了Cd0.8Mn0.2Te晶体的磁化强度(M)与磁场强度(H)和温度(T)的关系,磁场强度范围为-159...     

大直径Hg_3In_2Te_6晶体生长与性能表征

采用垂直布里奇曼法,成功生长出大直径Hg3In2Te6(Φ=30mm)晶体。通过傅立叶红外透射光谱测试了晶锭不同部位的红外透过率,并利用X射线双晶摇摆曲线表征了晶体的结晶质量。结果表明,定向切割晶片为(111)面单晶,衍射峰位于θ=12.1665°处,半峰宽为0.0760°;中部单晶片红外透过率平均值为50%,接近Hg3In2Te6晶体的红外透过率最大值57%。位错和成分非均匀性是造成晶锭不同部位红外透过率差异的主要因素。     

Hg1-xMnxTe晶体在ACRT-B法生长过程中的溶质再分配

基于对溶质传输特性的定量估算,确定了Hg1-xMnxTe晶体在ACRT-B生长过程溶质再分配的简化条件和计算模型,并用于晶体生长过程成分偏析的计算.结果表明,在ACRT-B法生长的Hg1-xMnxTe e晶体中由于分凝Mn含量在初始区远高了平均值,随后逐渐降低.未端溶质含量则远低于平均值.只在晶锭中部很小的范围获得满足成分要求的晶段.而采用偏离理想成分配比的配料也能获得满足成分要求的晶段,并且在一定成分范围内随配料成分的降低,该晶段增大,其位置向结晶质量更高的初始区移动.欲生长x=0.11的Hg1-xMnxTe晶体,推荐采用x0＜0.11的配料成分.在计算的基础上,采用直径Φ5mm的Hg0.89Mn0.11Te晶锭进行了ACRT-B晶体生长实验研究.通过电子探针成分分析获得了沿晶体长度的成分分布.在晶锭的主要区段,实验结果与计算结果一致.仅在初始区实验结果低于实验值,未端区高于实验值.分析认为这是由于计算模型中关于液相中溶质均匀混合的假设在初始区和未端区不满足造成的.     

Cd/Zn气氛退火过程中CdZnTe晶体内Te夹杂的迁移研究

通过红外透过成像研究了Cd/Zn气氛退火过程中Cd0.9Zn0.1Te∶In晶体内Te夹杂的密度及尺寸分布的演变。结果发现,Cd/Zn气氛退火前,晶体中的Te夹杂密度分布比较均匀;退火后,晶体高温端近表面区域的Te夹杂密度较退火前提高了1个数量级,而晶体内部的Te夹杂密度则较退火前降低了1个数量级,且其密度沿温度梯度方向逐渐增加。退火前,晶体表面和内部的Te夹杂的直径主要分布在1~25μm;退火后,在晶体表面,直径45μm的Te夹杂密度显著增大;而在晶体内部,直径5μm和25μm的Te夹杂密度显著增大。导致这些现象的原因是退火过程中,Te夹杂沿着温度梯度方向不断向晶体表面迁移,在迁移过程中尺寸相近的Te夹杂通过合并长大,尺寸相差较大的Te夹杂则以Ostwald熟化方式长大,并使小尺寸的Te夹杂更小。但由于熟化不充分,在Ostwald熟化长大过程中留下了很多尺寸5μm的Te夹杂颗粒。     

Composition Distribution in the MnxCd1-xIn2Te4 Ingot Grown by ACRT-B Method

MnxCd1-xIn2Te4 (x=0.1) ingot was successfully grown by the modified Bridgman technique, which applied the accelerated crucible rotation technique (ACRT) in Bridgman process, or briefly ACRT-B. The growth interface profile shape and the composition distribution in the MnxCd1-xIn2Te4 (x=0.1) ingot were analyzed. Even though the stoichiometric composition was synthesized in the original ingot, the composition has been redistributed during the ACRT-B growth process. Mn and Cd contents decrease while In increases along the longitudinal axis. The partition ratios of solutes Mn, Cd and In at the growth interface are evaluated by a mathematical method based on the experimental data, which are found to be 1.286, 1.926 and 0.729 in α phase growth process, and 1.120, 1.055 and 0.985 in β phase growth process, respectively. In the radial direction,Mn and Cd contents increase while In decreases with the distance from the centerline of the ingot.     

三温区坩埚下降法生长Cd_(1-x)Zn_xTe单晶体

CdZnTe晶体是一种性能优畀的室温核辐射探测器材料.在熔体法生长CdZnTe晶体的过程中,生长炉的内部温场分布对获得的晶体结构和性能有很大影响.根据CdZnTe晶体的生长习性,设计了三温区单晶炉,用坩埚下降法生长出CdZnTe单晶体.通过X射线衍射、红外透过率、I-V测试等分析研究,得到了红外透过率约为61%,腐蚀蚀坑密度(EPD)为104 cm-2,电阻率为109～1010 Ω·cm的Cd0.9 Zn0.1 Te单晶体.表明三温区坩埚下降法生长的单晶体结晶质量好、成分分布均匀、EPD低、红外透过性能好且电阻率高.     

以有限元分析法对CdZnTe晶体的垂直布里奇曼法生长的组分过冷模拟计算

本文采用有限元分析法,应用软件COMSOL,对Cd0.9Zn0.1Te (CZT)晶体垂直布里奇曼生长法进行模拟计算.为了研究固液界面过冷度的影响,通过改进传统的晶体生长模型只考虑热传导和热对流,加上了固液界面前沿过冷度的计算模型,组分过冷临界边界条件约束模型,研究分析了不同温度梯度和生长速率生长CZT晶体的曲率过冷度...     

MnxCd1-xIn2 Te4晶体生长研究

采用Bridgman法生长四元稀磁化合物半导体Mn0.22Cd0.78In2Te4晶体。当晶体生长到预定长度时，淬火得到固液界面。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、ISIS能谱仪以及Leica定量金相分析仪研究了晶体中出现的界面形态、相的和数量以及沿生长方向的相析出规律，并进行了相成分分析。研究发现，淬火得到的Mn0.22Cd0.78In2Te4晶体中存在两个界面，其中一个为固液相变界面，另一个为由α＋β两相区发展到单相β区时的转变界面，二者相对于生长初始端均为凹形；α＋β两相区中，β相以条状、花状和近似圆片状形式存在，其中条状β相多分布在晶界处；越接近生长初始端，花状和近似圆片状β相越小，条状β相越细，它们的含量越少；X射线衍射图谱表明，β相为黄铜矿结构，α相为面心立方结构。     

Cd0.9 Zn0.1 Te晶体的A1掺杂研究

采用改进的垂直布里奇曼法(MVB)分别生长了A1掺杂和In掺杂的Cd0.9Zn0.1Te晶体,并对比分析了掺杂元素对晶体性能的影响.在相同的工艺条件下,A1掺杂晶体获得了6 × 109～2 × 1010Ω·cm的高电阻率,呈弱p或弱n型导电;In掺杂晶体电阻率在105Ω·cm数量级,呈n型导电;A1掺杂晶体在波数4000～500cm-1范围内红外透过率平直且较高,而In掺杂晶体红外透过率随波数下降而降低,在波数1250cm-1处降至零.采用A1掺杂晶片制备的探测器对241Am 59.54keV射线的能量分辨率为14%,表明所生长A1掺杂晶体基本满足了探测器材料使用要求.     

大块深过冷Al-Mn-(Si,B)合金准晶相的初生凝固

用“玻璃覆盖、熔盐净化及热循环”复合方法实现了大块Al－Mn－（Si;B）熔体的深过冷,获得了100K的过冷度,并自发生成准晶相．研究了准晶相的形核及生长形貌特点,结果表明,准晶相为初生凝固相．初生准晶相的形成归因于推晶相的固液界面能低于竞争晶体相.