２０１ｉ年３月第４８卷
第２期
四川大学学报（由然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｉｅｈｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
Ｍａｒ．２０１Ｉ
Ｖ０１．４８
Ｎｏ．２
ｄｏｉｌ
１０３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０４９０・６７５６．２０１１．０２．０３２
碲锌镉晶体的Ｉｎ、Ｃｄ双源气氛退火研究
丁
群，赵北君，朱世富，邱春丽，何知宇，陈宝军，刘
（四川大学材料科学与工程，成都６１００６４）
勇
摘要：采用改进的垂直Ｂｒｉｄｇｍａｎ法生长出尺寸为①２０
ｍｍ×４０
ｍｍ、外观完整无裂纹的
Ｃｄｏ．９Ｚｎｏ．１Ｔｅ（ＣＺＴ）单晶体．沿晶体解理面切割晶片，在ｌｎ、Ｃｄ气氛下进行退火热处理，经９７３
Ｋ退火１４０ｈ后，采用能量色散谱仪（ＥＤＳ）、ＺＣ３６型高阻仪和傅里叶红外分光光度计等研究
了退火对晶片的成分、电学、光学性能的影响．实验结果表明：在Ｉｎ、Ｃｄ双源气氛下退火后：晶体的晶格完整性得到改善，电阻率提高了２．＇－－＇３个数量级，红外透过率显著提高．关键词：碲锌镉晶体；Ｉｎ、Ｃｄ双源气氛退火；电阻率；ＥＤＳ；ＩＲ透过谱
中图分类号：ＴＮ３０４
文献标识码：Ａ
文章编号：０４９０－６７５６（２０１１）０２－０４２１—０４
ＡｎｎｅａｌｉｎｇｏｆＣｄｏ．９Ｚｎｏ．１Ｔｅｉｎｉｎｄｉｕｍａｎｄ
ｃａｄｍｉｕｍｖａｐｏｒ
ＤＩＮＧＱｕｎ，ＺＨＡＯＢｅｉ－Ｊｕｎ，ＺＨＵＳｈｉ—Ｆ让，Ｑ儿，Ｃｈｕｎ—Ｌｉ，ＨＥ
Ｚｈｉ一玩，ＣＨＥＢａｏ－Ｊｕｎ，Ｌ儿，Ｙｏｎｇ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｉｅｈｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００６４・Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｅｇｒａｌ，ｃｒａｃｋ—ｆｒｅｅＣｄｏ．口Ｚｎｏ．１Ｔｅ（ＣＺＴ）ｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓｗｉｔｈｓｉｚｅｏｆ西２０ｍｍ×４０ｍｍｗｅｒｅｇｒｏｗｎｂｙｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄｖｅｒｔｉｃａｌＢｒｉｄｇｍａｎ（ＶＢ）ｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅＣＺＴｗａｆｅｒｓｗｅｒｅ
ｃｕｔ
ａｌｏｎｇｔｈｅｃｌｅａｖａｇｅ
ａｔ
ｐｌａｎｅｏｆｔｈｅａｓ—ｇｒｏｗｎｃｒｙｓｔａｌｓ．ＴｈｅｎｔｈｅｗａｆｅｒｓｗｅｒｅａｎｎｅａｌｅｄｉｎｔｈｅＩｎａｎｄＣｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ
９７３Ｋｆｏｒ
１４０ｈｏｕｒｓ．ＥＤＳ，ＺＣ３６ｈｉｇｈｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄＩＲｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｎｎｅａｌｉｎｇ
ｏｎ
ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｗａｆｅｒｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ
ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｌａｔｔｉｃｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｔｈｅｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄ２ｔｏ３ｏｒｄｅｒｓｏｆｍａｇ—ｎｉｔｕｄｅ，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｗａｓａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ
５０％ｔｏ６０％ａｆｔｅｒ
ａｎｎｅａｌｉｎｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｄｏ．口Ｚｎｏ．１Ｔｅｃｒｙｓｔａｌ，ａｎｎｅａｌｉｎｇｏｆＩｎａｎｄＣｄｖａｐｏｒ，ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ，ＥＤＳ，ＩＲｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃ。ｔｒｕｍ
１
引言
一定量的Ｃｄ空位（乩）［１］，虽然通过富Ｃｄ生长可
以得到部分补偿，但却难以实现精确补偿，导致刚生长的晶体中存在较多缺陷，降低了晶体电阻率，直接影响到探测器件的性能．目前有关ＣＺＴ晶片热处理的研究报道．通常是采用单气氛源进行退火，双气氛源的研究很少．张鹏举研究了在Ｃｄ气
氛下退火对ＣＺＴ晶片红外透过率的影响［２］，李万
碲锌镉（Ｃｄｌ一。Ｚｎ，Ｔｅ，简写ＣＺＴ）晶体是一种性能优异的宽禁带半导体室温核辐射探测器材料，尤其是高阻碲锌镉晶体在Ｘ射线、７射线核辐射探测方面有重要用途．然而在实际生长过程中，由于ＣＺＴ晶体生长温度高、Ｃｄ组元平衡蒸汽压较高且易挥发损失．所以在生长的ＣＺＴ晶体中总会形成
收稿日期基金项目
作奢简介
２０１０—０５－０８
万等研究了ＣＺＴ晶片分别在Ｉｎ，Ｃｄ气氛下退火后
国家自然科学基金（６０２７６０３０）ｌ博士点基金项目（２００２０６１００２３）丁群（１９８５一）．女．四川省人．硕士研究生．赵北君．Ｅ－ｍａｉｌＩｂｊｚｈａｏ＠∞ｕ．ｅｄｕ．∞
通讯作者
万方数据
目Ⅲ＾｝＃ｎ（自Ｂ＊｛＊
Ｉｎ．Ｃｄ的扩散系数与电阻率、导电类型变化之刚的
＝）皂系…１本盅研究报道丁ｃｄ¨ｚｎ”Ｔｅ单晶片在
Ｉｎ、Ｃｄ双源气氛下ｊ丑火后对晶体电阻卑和红外透过率等电学、光学性能的影响
２实验
２．Ｉ样品制备
采用改进的｛￥血Ｉｉｒｉｄｇｍ；ｔｎ浩生长出Ｒ寸为
ｍ２¨…／＾（）ｍｍ、外观完第无裂纹的ｃ＾，Ｚｎ¨
片，样品厚度约为２…按顺序ｊ＇别编号为ｌ
Ｉｃ（ｃｚＩ）竹品体，措晶体解理面切割Ｈ：（１１０）而晶
４
ｔ
２‘（１‘晶片靠近品体前端２４品片靠近品体尾
部）经过机械研磨，物理化学抛光等系列表面处
理．获得表ｍＩ甲整、尤划痕的品片薪Ⅲ
２
２退火扯理
将Ｃｄ源与Ｃｄ¨ｚｎ。．ｈ品片样品放毁ｆ百奘
世同一侧．Ｉｎ源竹ｒ打英安昶，｝一踹．ｎ：ｌ×１
ｏ。ｎ下牡奎封结后置丁精密妪火炉中越火炉为单
温区水平杼式电阻炉．ｍＩＩ本ｓ｝ＩＩＭＡＩ）ＥＮ岛电
ＦＰ９３精密温废拉制仪控温ｔ并在一ｎ片址没有测矾热偶．掘度控制精度±１℃用１为碲锌镉晶体在ｌｎ、Ｃｄ取源气扭中ｊｌ土业的示意嘲
目ｌ
ｌｍＣｄＨ＊４Ｘ｝越ｉｅｍ
ｌ
Ｊｚ
ｌＳｃｈｃｍａｌｉｃ
ｄｌａ＂ａｍｏｆ肌ｎｃｄｌｉｎｇａｍｐｏｕｌｅ
根据Ｉｎ和Ｃｄ在Ｃ也；ｚ‰ｔｌ＇ｅ的扩肚系数，结
合Ⅲ电十湮澄测试所得结果ｎ．丰文进用品片遇火
韫度为９７３Ｋ．时问为１１０ｈ．具体越火工艺如下：【ｎ源端出度为１０７３Ｋ．将品片置ｆ簧瓿巾部ｔ控制
温度为０７３Ｋ．Ｃｄ源端温度为９７３Ｋ．保温Ｉｄｏ
ｈ
后ｍｌ℃・ｒａｉｎ‘的逃卑缓慢降却至室温
采ＪＩＩ能斌色敞谱仪（ＥＤＳ）、ｚｃ３６删高甜仅和
ｊＲ
Ｐｒｅｓｔｉｇｔ－２Ｉ型傅里叶红外分光光度计等对Ｉｎ，
Ｃｄ双诹气氛Ｆ避火前后的品片成分、电阻率和红外透过谱等电学、光学性能进行分析表征．
３结果与讨论
３Ｉ昌片成分分析
采用ＥＤＳ测展品片迟火前后元索的平均含量．结果圈２、Ｉ目３所示．表Ｉ为进火前后品片主元
寮平均含世
万方数据
Ｉ＊ｍＷｌｌ咖ｘｍ镕Ｉｘ５５川’ｃｌ
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目２
１‘＾Ｈ《＊口ＥＩＪｓ∞＊
Ｆｉｇ２
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目３
１。＾Ｈｔ，：ＢＥＤＳ目＊
Ｆｉｇ３
ＥＩ）Ｓ
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ａｎｄａｆｌｒ…ｎｏ＾ｌｌｎｚ
巾裘１可看出．靠近耔品端的Ｉ‘品片原予百
分比比较接近理恕化学配比ｌｎＪ２４品片螂稍微偏商
了理魁化学配比．遮可能魁ｍ于生长过秤中Ｚｎ成
分帕升凝所导数｛通常．在Ｃｄ．一Ｚｎ
ｌ＇ｅ晶体生长
过程中仑形成一定量的Ｃｄ空位“１和Ｔｅ优淀或夹杂“”．偏离晶体化学计量成分配比．降低晶体的
电学和光学性质
从表１还可以看出．退火使晶片中Ｃｄ碌子百分比增加．Ｔｅ原子百分比降低．这表明Ｃｄ空位得到补偿，降低了Ｃｄ空位，减少了Ｔｅ沉淀．使得晶片成分更加接近理想的化学计量比．从而使晶片质量得到改普山于Ｉｎ扩破进＾品片的含量远小于
１％．埘此在ＥＤＳ讣析中束抟测鲥ｌｎ元常
第２期丁群等：碲锌镉晶体的Ｉｎ、Ｃｄ双源气氛退火研究
４２３
３．２晶片电阻率
对于制作探测器的ＣＺＴ晶片来说，电阻率是表征晶片性能的重要指标之一［８］．本实验通过ＺＣ３６高阻仪对退火前后晶片卜Ｖ特性曲线测试、
分析获得晶片的电阻Ｒ，利用公式ｌＤ＝气＃计算
上，
晶片电阻率．式中，Ｄ为晶片厚度，Ｓ为晶片表面积．１。晶片退火前后的卜Ｖ特性曲线如图４、图５，电阻率结果如表２所示．由表２数据可见，在双源气氛中退火后，１ｏ、２。晶片的电阻率分别提高了２个数量级，达到１０９－１０Ｑ・ｃｍ，电学性能得到明显改善．
—一爸ｐＶｏｌｔａｇｅ（Ｖ）
图４
１
ｏ晶片退火前（Ｉ－Ｖ）特性曲线
Ｆｉｇ．４／－Ｖｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ１。ｓａｍｐｌｅｂｅｆｏｒｅａｎｎｅａｌｉｎｇ
—ｖ皇图５
１。晶片退火后（／－Ｖ）特性曲线
Ｆｉｇ．５／－Ｖｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ１’ｓａｍｐｌｅａｆｔｅｒａｎｎｅａｌｉｎｇ
裹２
ＣＺＴ单晶片退火前后的电阻率（Ｑ・咖）
Ｔａｂ．２
Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｉｅｓ
ｏｆｔｈｅＣＺＴｗａｆｅｒｓｂｅｆｏｒｅ
ａｎｄａｆｔｅｒａｎｎｅａｌｉｎｇ（ｆｌ・ｃｍ）
万方数据
根据文献［９］报道，过量的Ｃｄ空位会显著提高晶体中载流子浓度，降低电阻率，因此Ｃｄ空位Ｖ例是影响Ｃｄ。一，Ｚｎ，Ｔｅ晶体电学性能的主要因素．根据Ｆｉｃｋ第二定律：
蠢ＣＯ～，（赤）
（１）
ｆＩ一
２√眈
式中，ｆ，为气体元素在晶片表面的浓度，岛为固体的原始浓度，ｆ，为时间ｔ时距表面ｚ处的元素浓度。Ｄ为溶质扩散系数，ｔ为时间．在１０７３Ｋ下，
Ｉｎ在Ｃｄｏ．９Ｚｎｏ．１Ｔｅ晶体中的扩散系数为５．１７×
ｌＯ－９
ｃｍ２・Ｓ－１［３３；在９７３Ｋ下，Ｃｄ在Ｃｄｏ．９Ｚｎｏ．１Ｔｅ
晶体中的扩散系数为１．０９×１０叫１ｃｍ２・Ｓ＿１“］，因此，Ｃｄｏ．９Ｚｎｏ．。Ｔｅ晶片在该温度下进行ｌｎ、Ｃｄ双源气氛退火热处理，实质是Ｉｎ在晶片中进行扩散掺杂，ｌｎ较Ｃｄ更容易扩散进入晶片内部．热处理后ｌｎ原子能够取代Ｃｄ空位［Ｖｃｄ］２－，形成电离施主
［１ｎａ］＋．施主缺陷Ｉ毗提供的自由电子有效补偿
了空穴浓度从而使晶片电阻率得到提高；同时，Ｃｄ源还能有效抑制晶片中Ｃｄ的挥发损失，在一定程度上起到补偿Ｃｄ空位的作用．而Ｉｎ原子取代Ｖｃｄ
后所形成的缺陷复合体。改变了晶体中的能级分布，形成施主能级，使晶片的导电类型由掺Ｉｎ前的
Ｐ型转变成Ｎ型．３．３红外透过谱
红外透过率是反映晶体质量的另一个重要性能指标．影响ＣＺＴ晶体红外透过率的主要因素有：自由载流子吸收、晶格吸收和杂质吸收．
在退火前后将１＃、２０晶片进行表面抛光处理
后采用ＲＰｒｅｓｔｉｇｅ－２１型傅立叶变换红外光谱仪进
行红外透过谱测试，结果如图６、图７所示．由图可见，退火后晶片的红外透过率得到明显提高，尤其是在短波段改善明显．在５０００－－－２０００伽＿１波段范围，１。晶片的红外透过率由退火前的５２％提高到６１％１２。晶片的红外透过率由退火前的５２％提高
到６０％以上．
在１．４／ｌｌｍ（７１００Ｃｍ－１）以上，ＣｄＺｎＴｅ晶体以
带间电子跃迁的方式吸收光子，自由载流子由最低
导带底跃迁到比它高０．９～１．０ｅＶ的上一级导带［１０１．由图６～７可见，退火后晶片在该波段的红外透过率有较大幅度的提高，特别是在短波方向尤为明显，这表明退火后带问电子跃迁吸收减少，自由载流子浓度降低．
带内自由载流子吸收通常发生在远红外波段，其吸收系数口和波长Ａ与载流子浓度Ｎ满足如下
４２４
四川大学学报（自然科学版）第４８卷
一冰ｕ
图６
１’晶片退火前后红外透过谱
Ｆｉｇ．６
ＩＲ
ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅ１’ｗａｆｅｒｂｅｆｏｒｅ
ａｎｄａｆｔｅｒａｎｎｅａｌｉｎｇ
＾艰ｖ
Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｔ（１／ｃｍ）
图７
２０晶片退火前后红外透过谱
Ｆｉｇ．７
ＩＲｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅ２。ｗａｆｅｒｂｅｆｏｒｅ
ａｎｄａｆｔｅｒａｎｎｅａｌｉｎｇ
口（Ａ）ｏｃ｜；【’Ｎ
（２）
ｃｍ－１波段范围上述分析表明，在Ｉｎ、Ｃｄ双气氛源下退火后，万方数据
的电学性能分析结论一致．
４
结论
Ｃｄｏ．。Ｚｎｏ．１Ｔｅ晶片在Ｉｎ、Ｃｄ双气氛源中于９７３Ｋ下退火１４０ｈ后，其电学性能得到明显改善，晶片电阻率达到１０９１０１＂１・ｇｉｌｌ，提高了２～３个数量
级；双源退火使晶片中Ｃｄ空位得到补偿，Ｔｅ沉淀
趋予消失，载流子吸收减少，红外透过率显著提高．这表明本文报道的Ｉｎ、Ｃｄ双气氛源退火工艺是改善Ｃｄｏ．ｏＺｌｌｏ．ｔＴｅ晶片质量的有效途径．
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１９９ｌ。２０７．
［青任壕辑ｔ李言河］
关系［１１］：
［７］Ｓｏｎｇ对于与声学声子作用的二级过程，户＝１．５；对于与光学声子作用的二级过程．ｐ－－－－２．５；对于与荷电杂质作用的二级过程，ｐ一３或３．５，通常在带内跃迁中这三种过程都存在。在入射光波长Ａ不变的前提下，自由载流子吸收系数与载流子浓度Ｎ成正比．晶格吸收所需的能量更低，对应的光谱范围为远红外．由图６－．．７可见，在１５００＂－，４００内，退火后晶片的透过率提高，表明晶体中自由载流子浓度降低，带内吸收亦随之降低；同时，退火使晶片成分分布均匀．缺陷减少，晶格趋于完整，减少了晶格吸收，使晶片在远红外波段的透过率得到提高．
晶片的Ｃｄ空位得到补偿，Ｔｅ沉淀趋于消失，晶格趋于完整，晶体中的自由载流子浓度降低。载流子吸收减少，从而使红外透过性能得到改善，与前面
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［９］Ｍａｒｈｉｎｇ
［１０］Ｙａｄａｖａ
［１１］李名後．半导体物理学［Ｍ］．北京：科学出版社，
碲锌镉晶体的In、Cd双源气氛退火研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
丁群， 赵北君， 朱世富， 邱春丽， 何知宇， 陈宝军， 刘勇， DING Qun， ZHAO Bei-Jun ， ZHU Shi-Fu， QIU Chun-Li， HE Zhi-Yu， CHE Bao-Jun， LIU Yong四川大学材料科学与工程,成都,610064
四川大学学报（自然科学版）
JOURNAL OF SICHUAN UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)2011,48(2)
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本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_scdxxb201102032.aspx
２０１ｉ年３月第４８卷
第２期
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ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｉｅｈｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
Ｍａｒ．２０１Ｉ
Ｖ０１．４８
Ｎｏ．２
ｄｏｉｌ
１０３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０４９０・６７５６．２０１１．０２．０３２
碲锌镉晶体的Ｉｎ、Ｃｄ双源气氛退火研究
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群，赵北君，朱世富，邱春丽，何知宇，陈宝军，刘
（四川大学材料科学与工程，成都６１００６４）
勇
摘要：采用改进的垂直Ｂｒｉｄｇｍａｎ法生长出尺寸为①２０
ｍｍ×４０
ｍｍ、外观完整无裂纹的
Ｃｄｏ．９Ｚｎｏ．１Ｔｅ（ＣＺＴ）单晶体．沿晶体解理面切割晶片，在ｌｎ、Ｃｄ气氛下进行退火热处理，经９７３
Ｋ退火１４０ｈ后，采用能量色散谱仪（ＥＤＳ）、ＺＣ３６型高阻仪和傅里叶红外分光光度计等研究
了退火对晶片的成分、电学、光学性能的影响．实验结果表明：在Ｉｎ、Ｃｄ双源气氛下退火后：晶体的晶格完整性得到改善，电阻率提高了２．＇－－＇３个数量级，红外透过率显著提高．关键词：碲锌镉晶体；Ｉｎ、Ｃｄ双源气氛退火；电阻率；ＥＤＳ；ＩＲ透过谱
中图分类号：ＴＮ３０４
文献标识码：Ａ
文章编号：０４９０－６７５６（２０１１）０２－０４２１—０４
ＡｎｎｅａｌｉｎｇｏｆＣｄｏ．９Ｚｎｏ．１Ｔｅｉｎｉｎｄｉｕｍａｎｄ
ｃａｄｍｉｕｍｖａｐｏｒ
ＤＩＮＧＱｕｎ，ＺＨＡＯＢｅｉ－Ｊｕｎ，ＺＨＵＳｈｉ—Ｆ让，Ｑ儿，Ｃｈｕｎ—Ｌｉ，ＨＥ
Ｚｈｉ一玩，ＣＨＥＢａｏ－Ｊｕｎ，Ｌ儿，Ｙｏｎｇ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｉｅｈｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００６４・Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｅｇｒａｌ，ｃｒａｃｋ—ｆｒｅｅＣｄｏ．口Ｚｎｏ．１Ｔｅ（ＣＺＴ）ｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓｗｉｔｈｓｉｚｅｏｆ西２０ｍｍ×４０ｍｍｗｅｒｅｇｒｏｗｎｂｙｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄｖｅｒｔｉｃａｌＢｒｉｄｇｍａｎ（ＶＢ）ｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅＣＺＴｗａｆｅｒｓｗｅｒｅ
ｃｕｔ
ａｌｏｎｇｔｈｅｃｌｅａｖａｇｅ
ａｔ
ｐｌａｎｅｏｆｔｈｅａｓ—ｇｒｏｗｎｃｒｙｓｔａｌｓ．ＴｈｅｎｔｈｅｗａｆｅｒｓｗｅｒｅａｎｎｅａｌｅｄｉｎｔｈｅＩｎａｎｄＣｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ
９７３Ｋｆｏｒ
１４０ｈｏｕｒｓ．ＥＤＳ，ＺＣ３６ｈｉｇｈｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄＩＲｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｎｎｅａｌｉｎｇ
ｏｎ
ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｗａｆｅｒｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ
ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｌａｔｔｉｃｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｔｈｅｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄ２ｔｏ３ｏｒｄｅｒｓｏｆｍａｇ—ｎｉｔｕｄｅ，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｗａｓａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ
５０％ｔｏ６０％ａｆｔｅｒ
ａｎｎｅａｌｉｎｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｄｏ．口Ｚｎｏ．１Ｔｅｃｒｙｓｔａｌ，ａｎｎｅａｌｉｎｇｏｆＩｎａｎｄＣｄｖａｐｏｒ，ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ，ＥＤＳ，ＩＲｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃ。ｔｒｕｍ
１
引言
一定量的Ｃｄ空位（乩）［１］，虽然通过富Ｃｄ生长可
以得到部分补偿，但却难以实现精确补偿，导致刚生长的晶体中存在较多缺陷，降低了晶体电阻率，直接影响到探测器件的性能．目前有关ＣＺＴ晶片热处理的研究报道．通常是采用单气氛源进行退火，双气氛源的研究很少．张鹏举研究了在Ｃｄ气
氛下退火对ＣＺＴ晶片红外透过率的影响［２］，李万
碲锌镉（Ｃｄｌ一。Ｚｎ，Ｔｅ，简写ＣＺＴ）晶体是一种性能优异的宽禁带半导体室温核辐射探测器材料，尤其是高阻碲锌镉晶体在Ｘ射线、７射线核辐射探测方面有重要用途．然而在实际生长过程中，由于ＣＺＴ晶体生长温度高、Ｃｄ组元平衡蒸汽压较高且易挥发损失．所以在生长的ＣＺＴ晶体中总会形成
收稿日期基金项目
作奢简介
２０１０—０５－０８
万等研究了ＣＺＴ晶片分别在Ｉｎ，Ｃｄ气氛下退火后
国家自然科学基金（６０２７６０３０）ｌ博士点基金项目（２００２０６１００２３）丁群（１９８５一）．女．四川省人．硕士研究生．赵北君．Ｅ－ｍａｉｌＩｂｊｚｈａｏ＠∞ｕ．ｅｄｕ．∞
通讯作者
万方数据
目Ⅲ＾｝＃ｎ（自Ｂ＊｛＊
Ｉｎ．Ｃｄ的扩散系数与电阻率、导电类型变化之刚的
＝）皂系…１本盅研究报道丁ｃｄ¨ｚｎ”Ｔｅ单晶片在
Ｉｎ、Ｃｄ双源气氛下ｊ丑火后对晶体电阻卑和红外透过率等电学、光学性能的影响
２实验
２．Ｉ样品制备
采用改进的｛￥血Ｉｉｒｉｄｇｍ；ｔｎ浩生长出Ｒ寸为
ｍ２¨…／＾（）ｍｍ、外观完第无裂纹的ｃ＾，Ｚｎ¨
片，样品厚度约为２…按顺序ｊ＇别编号为ｌ
Ｉｃ（ｃｚＩ）竹品体，措晶体解理面切割Ｈ：（１１０）而晶
４
ｔ
２‘（１‘晶片靠近品体前端２４品片靠近品体尾
部）经过机械研磨，物理化学抛光等系列表面处
理．获得表ｍＩ甲整、尤划痕的品片薪Ⅲ
２
２退火扯理
将Ｃｄ源与Ｃｄ¨ｚｎ。．ｈ品片样品放毁ｆ百奘
世同一侧．Ｉｎ源竹ｒ打英安昶，｝一踹．ｎ：ｌ×１
ｏ。ｎ下牡奎封结后置丁精密妪火炉中越火炉为单
温区水平杼式电阻炉．ｍＩＩ本ｓ｝ＩＩＭＡＩ）ＥＮ岛电
ＦＰ９３精密温废拉制仪控温ｔ并在一ｎ片址没有测矾热偶．掘度控制精度±１℃用１为碲锌镉晶体在ｌｎ、Ｃｄ取源气扭中ｊｌ土业的示意嘲
目ｌ
ｌｍＣｄＨ＊４Ｘ｝越ｉｅｍ
ｌ
Ｊｚ
ｌＳｃｈｃｍａｌｉｃ
ｄｌａ＂ａｍｏｆ肌ｎｃｄｌｉｎｇａｍｐｏｕｌｅ
根据Ｉｎ和Ｃｄ在Ｃ也；ｚ‰ｔｌ＇ｅ的扩肚系数，结
合Ⅲ电十湮澄测试所得结果ｎ．丰文进用品片遇火
韫度为９７３Ｋ．时问为１１０ｈ．具体越火工艺如下：【ｎ源端出度为１０７３Ｋ．将品片置ｆ簧瓿巾部ｔ控制
温度为０７３Ｋ．Ｃｄ源端温度为９７３Ｋ．保温Ｉｄｏ
ｈ
后ｍｌ℃・ｒａｉｎ‘的逃卑缓慢降却至室温
采ＪＩＩ能斌色敞谱仪（ＥＤＳ）、ｚｃ３６删高甜仅和
ｊＲ
Ｐｒｅｓｔｉｇｔ－２Ｉ型傅里叶红外分光光度计等对Ｉｎ，
Ｃｄ双诹气氛Ｆ避火前后的品片成分、电阻率和红外透过谱等电学、光学性能进行分析表征．
３结果与讨论
３Ｉ昌片成分分析
采用ＥＤＳ测展品片迟火前后元索的平均含量．结果圈２、Ｉ目３所示．表Ｉ为进火前后品片主元
寮平均含世
万方数据
Ｉ＊ｍＷｌｌ咖ｘｍ镕Ｉｘ５５川’ｃｌ
ｓ））
ｋｅＶ
目２
１‘＾Ｈ《＊口ＥＩＪｓ∞＊
Ｆｉｇ２
Ｅ１）ｓ
５ｍ‘ＩⅢｍｏｆｌ＃ｓ４ｍｐｋｂｅｂ”ａ㈨ｗｌｌ“Ｂ
１’ｌ２３Ｉｓｈ
７……
ｆ＊Ⅺｗ２１Ⅲｃ¨ｍ“…。”¨ＩＩ”ｃｌＥ））
ｋｃＶ
目３
１。＾Ｈｔ，：ＢＥＤＳ目＊
Ｆｉｇ３
ＥＩ）Ｓ
ｓｐＮｔⅢｍ
ｏｆｌ＃…ｐｋａ［１ｅｒ…ｅ＾ｌ“Ｅ
￥Ｉ
ｍ＾＊５目Ｈ±ｉｉ｝目｛■
Ｔａｂ
ｌ
Ｔｈｅ＾ｖｆｒ“ｇｃ
ｏｆ
ｍａｊ…ｌｃｎｌ。ｌｌ¨∞ｍｒｎｌ“ｓａｎｔＦ’ｌｃｓ
ｂｅｆｏｒｅ
ａｎｄａｆｌｒ…ｎｏ＾ｌｌｎｚ
巾裘１可看出．靠近耔品端的Ｉ‘品片原予百
分比比较接近理恕化学配比ｌｎＪ２４品片螂稍微偏商
了理魁化学配比．遮可能魁ｍ于生长过秤中Ｚｎ成
分帕升凝所导数｛通常．在Ｃｄ．一Ｚｎ
ｌ＇ｅ晶体生长
过程中仑形成一定量的Ｃｄ空位“１和Ｔｅ优淀或夹杂“”．偏离晶体化学计量成分配比．降低晶体的
电学和光学性质
从表１还可以看出．退火使晶片中Ｃｄ碌子百分比增加．Ｔｅ原子百分比降低．这表明Ｃｄ空位得到补偿，降低了Ｃｄ空位，减少了Ｔｅ沉淀．使得晶片成分更加接近理想的化学计量比．从而使晶片质量得到改普山于Ｉｎ扩破进＾品片的含量远小于
１％．埘此在ＥＤＳ讣析中束抟测鲥ｌｎ元常
第２期丁群等：碲锌镉晶体的Ｉｎ、Ｃｄ双源气氛退火研究
４２３
３．２晶片电阻率
对于制作探测器的ＣＺＴ晶片来说，电阻率是表征晶片性能的重要指标之一［８］．本实验通过ＺＣ３６高阻仪对退火前后晶片卜Ｖ特性曲线测试、
分析获得晶片的电阻Ｒ，利用公式ｌＤ＝气＃计算
上，
晶片电阻率．式中，Ｄ为晶片厚度，Ｓ为晶片表面积．１。晶片退火前后的卜Ｖ特性曲线如图４、图５，电阻率结果如表２所示．由表２数据可见，在双源气氛中退火后，１ｏ、２。晶片的电阻率分别提高了２个数量级，达到１０９－１０Ｑ・ｃｍ，电学性能得到明显改善．
—一爸ｐＶｏｌｔａｇｅ（Ｖ）
图４
１
ｏ晶片退火前（Ｉ－Ｖ）特性曲线
Ｆｉｇ．４／－Ｖｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ１。ｓａｍｐｌｅｂｅｆｏｒｅａｎｎｅａｌｉｎｇ
—ｖ皇图５
１。晶片退火后（／－Ｖ）特性曲线
Ｆｉｇ．５／－Ｖｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ１’ｓａｍｐｌｅａｆｔｅｒａｎｎｅａｌｉｎｇ
裹２
ＣＺＴ单晶片退火前后的电阻率（Ｑ・咖）
Ｔａｂ．２
Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｉｅｓ
ｏｆｔｈｅＣＺＴｗａｆｅｒｓｂｅｆｏｒｅ
ａｎｄａｆｔｅｒａｎｎｅａｌｉｎｇ（ｆｌ・ｃｍ）
万方数据
根据文献［９］报道，过量的Ｃｄ空位会显著提高晶体中载流子浓度，降低电阻率，因此Ｃｄ空位Ｖ例是影响Ｃｄ。一，Ｚｎ，Ｔｅ晶体电学性能的主要因素．根据Ｆｉｃｋ第二定律：
蠢ＣＯ～，（赤）
（１）
ｆＩ一
２√眈
式中，ｆ，为气体元素在晶片表面的浓度，岛为固体的原始浓度，ｆ，为时间ｔ时距表面ｚ处的元素浓度。Ｄ为溶质扩散系数，ｔ为时间．在１０７３Ｋ下，
Ｉｎ在Ｃｄｏ．９Ｚｎｏ．１Ｔｅ晶体中的扩散系数为５．１７×
ｌＯ－９
ｃｍ２・Ｓ－１［３３；在９７３Ｋ下，Ｃｄ在Ｃｄｏ．９Ｚｎｏ．１Ｔｅ
晶体中的扩散系数为１．０９×１０叫１ｃｍ２・Ｓ＿１“］，因此，Ｃｄｏ．９Ｚｎｏ．。Ｔｅ晶片在该温度下进行ｌｎ、Ｃｄ双源气氛退火热处理，实质是Ｉｎ在晶片中进行扩散掺杂，ｌｎ较Ｃｄ更容易扩散进入晶片内部．热处理后ｌｎ原子能够取代Ｃｄ空位［Ｖｃｄ］２－，形成电离施主
［１ｎａ］＋．施主缺陷Ｉ毗提供的自由电子有效补偿
了空穴浓度从而使晶片电阻率得到提高；同时，Ｃｄ源还能有效抑制晶片中Ｃｄ的挥发损失，在一定程度上起到补偿Ｃｄ空位的作用．而Ｉｎ原子取代Ｖｃｄ
后所形成的缺陷复合体。改变了晶体中的能级分布，形成施主能级，使晶片的导电类型由掺Ｉｎ前的
Ｐ型转变成Ｎ型．３．３红外透过谱
红外透过率是反映晶体质量的另一个重要性能指标．影响ＣＺＴ晶体红外透过率的主要因素有：自由载流子吸收、晶格吸收和杂质吸收．
在退火前后将１＃、２０晶片进行表面抛光处理
后采用ＲＰｒｅｓｔｉｇｅ－２１型傅立叶变换红外光谱仪进
行红外透过谱测试，结果如图６、图７所示．由图可见，退火后晶片的红外透过率得到明显提高，尤其是在短波段改善明显．在５０００－－－２０００伽＿１波段范围，１。晶片的红外透过率由退火前的５２％提高到６１％１２。晶片的红外透过率由退火前的５２％提高
到６０％以上．
在１．４／ｌｌｍ（７１００Ｃｍ－１）以上，ＣｄＺｎＴｅ晶体以
带间电子跃迁的方式吸收光子，自由载流子由最低
导带底跃迁到比它高０．９～１．０ｅＶ的上一级导带［１０１．由图６～７可见，退火后晶片在该波段的红外透过率有较大幅度的提高，特别是在短波方向尤为明显，这表明退火后带问电子跃迁吸收减少，自由载流子浓度降低．
带内自由载流子吸收通常发生在远红外波段，其吸收系数口和波长Ａ与载流子浓度Ｎ满足如下
４２４
四川大学学报（自然科学版）第４８卷
一冰ｕ
图６
１’晶片退火前后红外透过谱
Ｆｉｇ．６
ＩＲ
ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅ１’ｗａｆｅｒｂｅｆｏｒｅ
ａｎｄａｆｔｅｒａｎｎｅａｌｉｎｇ
＾艰ｖ
Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｔ（１／ｃｍ）
图７
２０晶片退火前后红外透过谱
Ｆｉｇ．７
ＩＲｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅ２。ｗａｆｅｒｂｅｆｏｒｅ
ａｎｄａｆｔｅｒａｎｎｅａｌｉｎｇ
口（Ａ）ｏｃ｜；【’Ｎ
（２）
ｃｍ－１波段范围上述分析表明，在Ｉｎ、Ｃｄ双气氛源下退火后，万方数据
的电学性能分析结论一致．
４
结论
Ｃｄｏ．。Ｚｎｏ．１Ｔｅ晶片在Ｉｎ、Ｃｄ双气氛源中于９７３Ｋ下退火１４０ｈ后，其电学性能得到明显改善，晶片电阻率达到１０９１０１＂１・ｇｉｌｌ，提高了２～３个数量
级；双源退火使晶片中Ｃｄ空位得到补偿，Ｔｅ沉淀
趋予消失，载流子吸收减少，红外透过率显著提高．这表明本文报道的Ｉｎ、Ｃｄ双气氛源退火工艺是改善Ｃｄｏ．ｏＺｌｌｏ．ｔＴｅ晶片质量的有效途径．
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１９９ｌ。２０７．
［青任壕辑ｔ李言河］
关系［１１］：
［７］Ｓｏｎｇ对于与声学声子作用的二级过程，户＝１．５；对于与光学声子作用的二级过程．ｐ－－－－２．５；对于与荷电杂质作用的二级过程，ｐ一３或３．５，通常在带内跃迁中这三种过程都存在。在入射光波长Ａ不变的前提下，自由载流子吸收系数与载流子浓度Ｎ成正比．晶格吸收所需的能量更低，对应的光谱范围为远红外．由图６－．．７可见，在１５００＂－，４００内，退火后晶片的透过率提高，表明晶体中自由载流子浓度降低，带内吸收亦随之降低；同时，退火使晶片成分分布均匀．缺陷减少，晶格趋于完整，减少了晶格吸收，使晶片在远红外波段的透过率得到提高．
晶片的Ｃｄ空位得到补偿，Ｔｅ沉淀趋于消失，晶格趋于完整，晶体中的自由载流子浓度降低。载流子吸收减少，从而使红外透过性能得到改善，与前面
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［９］Ｍａｒｈｉｎｇ
［１０］Ｙａｄａｖａ
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碲锌镉晶体的In、Cd双源气氛退火研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
丁群， 赵北君， 朱世富， 邱春丽， 何知宇， 陈宝军， 刘勇， DING Qun， ZHAO Bei-Jun ， ZHU Shi-Fu， QIU Chun-Li， HE Zhi-Yu， CHE Bao-Jun， LIU Yong四川大学材料科学与工程,成都,610064
四川大学学报（自然科学版）
JOURNAL OF SICHUAN UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)2011,48(2)
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本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_scdxxb201102032.aspx