Анатацыя
Брыджмэн CdTe і CdZnTe росту крышталяў, кадміем кантролю ціску пара, прымяняецца для вытворчасці паўправадніковых дэтэктараў гама-выпраменьвання. Крышталі вельмі донараў легіраваных і высока электраправоднасць. Адпал ў парах теллура ператварае іх у моцна кампенсаванай стан высокім электрычным супрацівам і высокай адчувальнасцю да гама-выпраменьвання. N-тыпу дэтэктараў, абсталяваных омических кантактаў, і заземленым ахоўным кальцом вакол станоўчага кантакту, не адчувальныя да захопу дзірак. Праводнасць кіравання, на ўзроўні легіравання, аптымізуе працы дэтэктара на кампраміс паміж электронамі "жыцця і электрычнага супраціўлення. Гама-спектраў аднаго дэтэктара і дэтэктар масівы прадстаўлены. Дэтэктар аптымізацыі і механізмы выяўлення гама абмяркоўваюцца.
1. Увядзенне
CdTe і CdZnTe (CZT) паўправадніковыя дэтэктары гама былі зробленыя традыцыйна з крышталяў, якія растуць па рухаецца нагревателя метад (ТГМ) [1 - 2], ці метадам высокага ціску Брыджмэн (HPB) [3 - 6].
У THM, хлор крышталях растуць з теллура рашэнне. Стаўленне кадмію теллура у вырашэнне вызначае яго тэмпературу плаўлення, а такім чынам, і тэмпературы росту крышталяў, што, як правіла, рэгулюецца ў дыяпазоне 650 0 - 700 0 С. Высокая якасць крышталяў і дэтэктараў былі зробленыя такім чынам. Аднак, нізкая тэмпература межы росту тэмп росту да правіла, некалькі міліметраў у суткі. Павольныя тэмпы росту Асноўным недахопам гэтага метаду.
У краінах з высокім ціскам Брыджмэн (Е. П. Блавацкай), рост крышталяў з расплаву практычна роўныя колькасці кадмію і теллура, з невялікай лішак кадмію. Кадмію лішак спараджае высокі ціск пароў, што патрабуе росту печы спецыяльнай канструкцыі. Крышталь расце пры высокай тэмпературы, вышэй 1100 0 C, на высокія тэмпы росту некалькі міліметраў у гадзіну. Цынк таго павялічваецца група крышталя разрыў і супраціву, такім чынам, гэта памяншае дэтэктара спектральнага пашырэння темнового току шуму. Е. П. Блавацкай дае высокую якасць дэтэктараў і дэтэктараў масіваў, аднак, аднастайнасць крышталя абмежаваныя, і даходнасць дэтэктараў з'яўляецца нізкім. Кантроль за сістэмай высокага ціску нязручна.
CdTe і CdZnTe расці стандартнымі нізкага ціску метадамі Брыджмэн, якія былі распрацаваны і ўдасканалены для вытворчасці субстратаў для інфрачырвоных дэтэктараў. Аднак, гэтыя метады не лічацца падыходнымі для вытворчасці дэтэктар матэрыялу рангу.
Гэтая праца апісвае арыгінальнае прымяненне нізкага ціску Брыджмэн крышталяў метадамі росту для атрымання высокай якасці CdTe і CdZnTe дэтэктары гама і дэтэктар масіваў.
Вялікая работа была праведзена па вытворчасці маналітных дэтэктар гама-масіваў абсталяваныя агульнага негатыўнага кантакту і станоўчыя масіва кантакт. Spectra, аднаго піксэлях ў гэтых масівах, дасягненні аптымальнага спектральнага дазволу, рэгулюючы калекцыі гама час зарадкі (форма часу), каб час пераходу электрона ад кантакту да кантакту. Такім чынам, дэтэктар ланцугу зьбірае толькі ўклад электронаў "на сігнал, і спектральная характарыстыка не пагоршылася па адсутнічае зарад дзірак. Аналагічныя дадзеныя былі выяўленыя ў адным дэтэктараў, абсталяваных рухавікамі з прымусовым кантакты асяроддзі заземленым [7] або напружання прадузятым [8] ахоўнік-кальца.
Неадчувальнасць да захопу дзірак дазваляе гнуткая канструкцыя дэтэктара і рэгуляванне яго фізічных параметраў для аптымальнай працы.
2. Crystal росту
CdTe крышталі растуць па нізкім ціскам Брыджмэн тэхніцы ў закрытым эвакуяваныя ампулы з невялікай лішак теллура [9]. Тры матэрыялу фазы, цвёрдага, вадкага і газавага, суіснуюць у працэсе росту, і ціск у ампулы амаль роўна ціску пароў теллура на рост тэмпературы. У гэтых умовах крышталь змяшчае залішнія атамы теллура, што падчас астыць выйсці як ападкі, у асноўным, на дыслакацыі і межах зерняў.
Крышталя паляпшаецца якасць і выпадае ў асадак можна пазбегнуць, ужываючы мадыфікаваны метад Брыджмэн [9 - 12]. У гэтай працэдуры ёсць невялікі лішак кадмію у ампулах. Падчас росту крышталяў адной ампулы канцы захоўваецца пры больш нізкай тэмпературы, што вызначае блізкай да атмасфернага сталы ціск пара ў сістэме. Рост працэс уключае ў сябе бесперапыннае перадачы матэрыялаў паміж трыма фазамі. Сталы ціск пароў вадкасці падтрымлівае пастаянны склад, і збалансаванае колькасць кадмію і теллура ў крышталі.
1 прыведзены гарызантальным і вертыкальным выкананні гэтай тэхнікі. У абодвух выпадках крышталь расце з расплаву, перамяшчаючы яго ўздоўж вобласці з тэмпературным градыентам, які распасціраецца ад вышэй, ніжэй тэмпературы плаўлення. Рост можа ісці шляхам механічнага перамяшчэння ампулы, ці, шляхам перамяшчэння награвальнай печы. У апошнія сістэмы печы складаецца з мноства зон нагрэву і камп'ютэрны кантроль тэмпературнага профілю. Кампутар зрухі профілю ў электронным выглядзе і Ёсць не механічна рухаюцца частак ўнутры печы [10 - 12].

Малюнак 1. CdTe Рост крышталяў вертыкальнымі і гарызантальнымі Брыджмэн з кадміем кантролю ціску пара. Сталы ціск пароў вадкасці падтрымлівае пастаянны склад, і збалансаванае колькасць кадмію і теллура ў крышталі.
Рост працэдура пачынаецца з плаўлення асобных кадмію і теллура нагрузкі, з улікам атмасферы вадароду, для выдалення кіслароду з сістэмы [11 - 12]. Матэрыялаў, то ў кантакт і награваюць, пакуль яны не рэагуюць і вырабляюць CdTe, або, калі CdZnTe цынку таксама прысутнічае. Матэрыял затым награваюць вышэй тэмпературы плаўлення, і рост крышталяў пачынаецца пасля гамагенізацыі перыяд. Добрая якасць крышталяў, практычна без ападкаў, растуць пры нізкай тэмпературы канца складае каля 300 0 С ніжэй тэмпературы плаўлення.
Пасля росту крышталяў завяршыць яго астуджаюць павольна, каб пазбегнуць унутраных высілкаў і пашкоджанні тэмпературных градыентаў ўнутры яго. Кантроль тэмпературы халоднай канец ампулы важна падчас астыць перыяд, з тым каб мець добрае якасць крышталя. Якасць крышталя захоўваецца, калі розніца тэмператур паміж крышталем і халоднага канца, застаецца пастаяннай на працягу гэтай стадыі. Лішак кадмію ў сістэме асобна кандэнсуецца і крышталізуецца ў самым халодным месцы ў ампулы.
3. Кантроль электраправоднасці
Адпал CdTe ў парах кадмію ўводзіць залішніх атамаў кадмію ў крышталі. Адпал ў парах теллура ўводзіць атамаў теллура ў крышталі, ці, здымае атамаў кадмію з яго. У любым выпадку, вынік будзе залішніх атамаў теллура ў крышталі. Кадмій перавышэнне чыстага CdTe пераўтворыць яго ў асяроддзі супраціву, 10 5 - 10 6 Ом см, N-тыпу. Теллур лішак ператварае яго ў 10 3 - МАЯ 10 Ом см р-тыпу.
Высокае супраціў CdTe можа быць выраблена належнае адпалу. Аднак, чыста CdTe не гама актыўна. Даданне донараў прымешкі актывізуе матэрыялу.
Крышталі з нескомпенсированных донараў з высокай праводнасцю. Адпал теллуром пароў пераўтварэнняў донараў у моцна кампенсаваць дзяржаве. Крышталь пераходзіць у стан высокім электрычным супрацівам і высокай адчувальнасцю да гама-выпраменьвання. Канцэнтрацыі свабодных донараў у кампенсаванай стане, што вызначае супраціў крышталя, на шмат парадкаў ніжэй, чым агульная канцэнтрацыя прымешкі. Тым не менш, дзве велічыні звязаныя паміж сабой, так што павелічэнне агульнага ўзроўню прымешкі павялічыцца таксама свабодны ўзровень донараў. Такім чынам, праводнасць крышталя можна кіраваць шляхам рэгулявання агульнага ўзроўню прымешкі ў ім.
Трохвалентнага атамаў індыя ці алюмінія, выступаць у якасці донараў заменай атамаў кадмію ў крышталічнай рашотцы, і галоидных атамаў хлору, замяніўшы теллура. Аднак, калі CdTe расце з занадта шмат хлору, то асобныя CdCl 2 крышталь будзе расці ў ампулы. Абмежаваную колькасць хлору можа ўвайсці ў крышталь ў высокай тэмпературы росту Брыджмэн, такім чынам, не з'яўляецца прыдатным для прымешкі праводнасць кіравання. Цалкам магчыма, што хлор допінг адэкватнай THM крышталяў, паколькі больш буйныя сумы можа ўвайсці ў крышталі пры THM нізкі рост тэмпературы.
Індыя допінгу дае нават размеркавання легирующей прымешкі ў крышталі ад пачатку да канца. Теллур адпалу пры досыць нізкай тэмпературы не пашкодзіць крышталь і ападкаў не з'яўляюцца. Дыфузійныя працэсы павольна пры нізкіх тэмпературах. Такім чынам, рэзкі крышталяў на пласціны, да адпалу, прывядзе да скарачэння часу адпалу [13].
Серыі ітэрацый крышталя эксперыментаў росту з розным узроўнем легіравання, з наступным адпалам, дае аптымальны склад крышталя неабходных электраправоднасці.
Такім чынам, у крышталях выйсці добра праводзяць пры аптымальных ўмовах росту крышталя. Адпал ў парах теллура ператварае іх у кампенсаванай стане высокага супраціву і высокай адчувальнасцю да гама-выпраменьвання. Электраправоднасці, у гэтым стане, можна кіраваць шляхам рэгулявання ўзроўню легіравання.
Высокая ўстойлівасць матэрыялу могуць быць зробленыя ў адным працэсе росту крышталяў, належны зніжэнне ціску пара кадмію ў астыць этапе. Аднак, лепш дэтэктараў дасягаюцца шляхам дзялення працэсу на асобныя крокі росту і адпалу, даводзяць да аптымальнага якасці крышталяў і электроннага прадукцыйнасці.
4. Прылада дызайн
2 паказана схема прэзентацыі узроўняў прыліпання, у забароненай зоне, паміж валентнай зонай і зонай праводнасці паўправадніка. Узроўні, размешчаныя вышэй за ўзровень Фермі дзейнічаюць як пасткі электронаў, а таксама ўзроўні ніжэй дзейнічаюць як пасткі для дзірак. Зрушэнне ўзроўню ферм, уверх ці ўніз, будзе памяншацца колькасць пастак аднаго тыпу на рахунак іншага тыпу. Такім чынам, гэта таксама павялічыць жыцця аднаго носьбіта на рахунак іншага перавозчыка.

Малюнак 2. Схема прэзентацыя пастак ў забароненай зоне паўправадніка. Узроўня Фермі Сакавік-ап инактивирует электронных пастак, што зрух пад ім, і павялічвае тэрмін службы электронаў "на рахунак адтулін. Зрух ўзроўню таксама павялічвае электраправоднасць ў кірунку N-тыпу. Кампраміс паміж электронамі "жыцця і электрычнае супраціўленне аптымізуе становішча ўзроўню ферм і дэтэктараў.
Push да ўзроўню Фермі инактивирует электронных пастак, якія ідуць ніжэй яе. Такім чынам, павялічвае тэрмін службы электронаў "на рахунак дзірак, і паляпшае прадукцыйнасць дэтэктараў, якія не адчувальныя да захопу дзірак. Аднак, гэта зрух у бок N-тыпу праводнасці таксама павялічвае праводнасць, і вышэй ток уцечкі будзе павелічэнне шуму і пашырэнню спектральных ліній.
Работы дэтэктара аптымізавана шляхам рэгулявання электрычнай праводнасці, па кампрамісу электронаў жыцця з электрычным супрацівам. Такім чынам, узровень Фермі аптымальна размешчаны ў забароненай зоне. На практыцы, дэтэктар працуе лепш за ўсё, рэгулюючы N-тыпу праводнасці, каб некалькі вышэй самага нізкага магчымага значэння.
Малюнку 3-схема узроўняў прыліпання прадстаўлення кампенсацыі працэс больш падрабязна.

Малюнак 3. Інактывацыі глыбокіх электронных пастак шляхам дадання прымешак донараў. Трохвалентнага донараў, такіх як індый, замяняе двухвалентнага атама кадмію ў крышталічнай рашотцы, і лішні электрон трапляе ў глыбокую пастку, пакінуўшы за дробнай ионизованного донара.
Вузкая паласа глыбокіх узроўняў захопу электронаў, размешчаных дзе-то ў сярэдзіне забароненай зоны, пасткі гама спароджаных электронаў і скараціць іх жыцця. Калі донараў прымешкі, такія trivalet індыя, замяняе двухвалентнага атама кадмію ў крышталічнай рашотцы, то лішні электрон патрапіць у глыбокую пастку, пакінуўшы за ионизованных дробных донараў. Даданне большай колькасці донараў зрухаў да ўзроўню Фермі знізу захопу зоны дзесьці ўнутры яго. Аптымальная канцэнтрацыя донараў дасягаецца тады, калі амаль усе глыбокія пасткі стаць акупаваных і заменены на ионизованных дробных донараў, і ўзровень Фермі ссоўваецца ў бок як раз над глыбокай група захопу. Існуе не трэба на кароткія адлегласці ўзаемадзеяння прымешкі атамаў донараў і глыбокія пасткі.
У нелегіраванай крышталя ўзровень Фермі фіксаваны па глыбокай група пастку, і таго даволі вялікая колькасць донараў прыводзіць толькі да невялікай зрух ўзроўню. Аптымальнай рабочай кропцы дасягаецца тады, калі група становіцца амаль акупаваных і канцэнтрацыя донараў unpins становішча ўзроўню ферм.
Золата або плаціны кантакты ўжываюцца для CdTe, або CdZnTe, шляхам выпарэння, распылення або хімічнага аблогі. Індыя выпарэнне дасягае добрых омических кантактаў да матэрыялу N-тыпу. Індыя кантакты патрабуюць тэрмічнага адпалу, што абмяжоўваецца яго плаўлення 156 0 С. Алюмініевая крышка пласта дазваляе больш высокіх тэмпературах адпалу.
5. Вынікі
Малюнак 4 паказвае стандартную схему вымярэння гама-характарыстык дэтэктара. Гама крыніцы апрамяняе маналітнага масіва дэтэктараў праз адмоўнае зрушэнне агульны кантакт. Выпрабаванні пікселяў падлучаны да ўваходу ўзмацняльніка (Ortec 142A), а яго высокія напружання заземлены. Предусилитель падлучаны да ўзмацняльніка спектраскапіі (Ortec 572), то для многіх аналізатар канала (MCA). Час водгуку спектраскапіі ўзмацняльнік даводзяць да 0,5 х 10 -6 С.

Малюнак 4. Вымярэнне схема масіва паўправадніковай дэтэктара. Кожны піксель выпрабаваныя па асобнасці, а ўсе іншыя пікселяў і ахоўнага кальца знаходзяцца на мелі. Прылада памеры дадзены ў мм.
Малюнак 4 паказвае таксама памеры ў міліметрах CdTe 4 х 4 піксэлях маналітнага масіва дэтэктар, абсталяваны індыя кантактаў. Электрычнага супраціву складае 5 х 10 8 Ом гл.

Малюнак 5. 57 Co спектры CdTe 4 х 4 дэтэктараў, для напругі зрушэння -200 V і формы часу 0,5 х 10 -6 С.
На малюнку 5 паказана 16 пікселяў "Спектры вымяралі 57 Co крыніцы (122 кэВ) для напругі зрушэння ад -200 вольт. Кожны піксель выпрабаваныя па адным у той час як крыніца знаходзіцца вышэй яго, і ўсіх іншых кропак і ахоўнага кальца знаходзяцца на мелі. Усе пікселі актыўнага і лічба паказвае раўнамернай спэктральнай характарыстыкай.

Малюнак 6. 241 Am, 57 Co і 137 Cs спектраў дэтэктар CdTe, для напругі зрушэння V -200 і формы часу 0,5 х 10 -6 С. Дэтэктар памеры ў мм, прыведзеныя на ўстаўкі. FWHM з'яўляюцца 13,5%, 7,0% і 2,2% адпаведна.
Малюнак 6 паказвае, 241 Am (59,5 кэВ), 57 Co (122 кэВ), і 137 Cs (662 кэВ) спектраў аднаго дэтэктара з зазямленне ахоўнік-кола вакол станоўчага кантакту. Памеры дэтэктара на малюнку. Напружанне зрушэння і формы часу, якія, як на малюнку 5.
Спектральная полуширина з'яўляюцца 13,5%, 7,0% і 2,2% адпаведна. Адносна шырокі і сіметрычны 241 Am лінія паказвае бягучае шуму пашырэння, што звязана з адносна нізкай дэтэктар электрычнага супраціву.
Час пераходу электрона ад кантакту да кантакту, для дэтэктара таўшчынёй D = 3 мм, напружанне зрушэння V = -200 вольт, і рухомасць ? = 10 3 см 2 У -1 з -1, з'яўляецца:
? = D 2/? V = 0,45 х 10 -6 з (1)
Час ? падобная на інструментальную калекцыю зарада (формы) часу. Такім чынам, дэтэктар ланцугу асноўным збірае ўклад электронаў "на сігнал, так як у гэты перыяд адтуліны наўрад ці рухацца наогул. Добрае дазвол лініі 137 Cs, назіраных на малюнку 6 для амаль раўнамернае 662 кэВ ўзбуджэння, азначае, што адсутнічае ўклад дзірак не пагаршаецца сігнал.
Вузкай заземленым ахоўнік-кальцо павінна атачаць пазітыўны кантакт, для таго, каб мець добрыя спектральнае дазвол. У Геаграфічная кантакт ахоўнага кальца павінны акружаць станоўчыя масіў, і ўсе кропкі павінны быць падключаны да предусилители
Табліца-1 сумаваць дадзеныя аб уплыве прымешак узроўні назіраецца з многімі таўшчынёй 3 мм дэтэктараў CdTe.
легирующей прымешкі узроўні | ? (? см) | 10 -3 ? ? (E) (гл 2/вольт) | прадукцыйнасць |
нелегіраванай | > Верасня 10 | не актыўныя | |
у легіраваных | > Верасня 10 | <0,5 | 3 х зрушэння |
правільна легіраваных | 5 х 8 кастрычнік | 1 - 2 | добрае |
па-легіраваных | <7 Кастрычнік | > 10 | бедных |
Табліца-1. Уплыў легирующей прымешкі на ўзроўні дэтэктараў.
Нелегіраванай матэрыялу не гама актыўных і толькі N-тыпу, легаванай матэрыялу актыўна. У легіраваных дэтэктары працуюць разумна пры высокім напружанні зрушэння, што прыкладна ў тры разы больш, чым аптымізаваны дэтэктараў. Правільна легіраваных дэтэктары маюць добрае спектральнае дазвол, што і назіраецца ў лічбах 4, 5. Тым не менш, супраціў матэрыялу N-тыпу ніжэй, чым у р-тыпу дэтэктараў, зробленых іншымі метадамі, і спектральнае дазвол бягучых абмежавана. За легіраваных дэтэктары маюць вельмі высокую ? ? (E), але прадукцыйнасць вельмі бедных паколькі электрычнае супраціўленне з'яўляецца вельмі нізкім.
6. Мадэлі механізм выяўлення
Існуюць дзве мадэлі, на якія прыходзіцца назіраецца неадчувальнасць спектраў пікселяў ў адтуліну ўклад у сігнал.
У адпаведнасці з малых пікселяў эфект току ў аднаго ланцуга пікселяў, з дэтэктараў, у залежнасці ад адлегласці да пікселя. Паток электронаў з пункту гама узрушанасці, і ўнесці ўклад у зарад сігнал аднаго ланцуга пікселяў, калі яны прыходзяць побач з ім. Адтуліны струменя ў напрамку агульнага адмоўнага кантакту, і іх бягучы ўклад размяркоўваецца на колькасць пікселяў. Таму, за выключэннем адтуліны ўклад ад аднаго сігналу пікселяў, будзе мець нязначнае ўплыў дадання нізкі хвост энергіі на спэктральнай лініі.
Тэорыі малых пікселяў (Barrett і інш [14]. Мал. 1, Эскін і інш [15]. Мал. 11) прадказвае, залежыць ад часу сігнал падчас паток электронаў з адмоўнага на станоўчы кантакт. Сігнал ў ланцугі дэтэктара пачынае будаваць хутка толькі тады, калі электроны прыходзяць зблізку станоўчага кантакту. Такім чынам, спектральнае дазвол паляпшаецца за кошт скарачэння часу інструментальныя формы, ніжэй часам пераходу электрона ад кантакту да кантакту, каб адпавядаць хутка нарастання сігналу-до. Кароткія формы часу фільтруе павольна ўклад зарада плыні паблізу адмоўнага кантакту. Такім чынам, ён здымае нізкай энергіі спектральных хвост.
Мадэль омического кантакту эфект лічыць адной дэтэктараў або дэтэктара масівы, абсталяваны омических кантактаў. Ён мяркуе, што Пуасона і раўнанняў бесперапыннасці патрабуюць, каб струмень гама спароджаных зарада выклікае дадатковы паток электронаў ад адмоўнага кантакту да дзірак [16 - 17]. Кантакты для матэрыялу N-тыпу, назіраецца омическое токам уцечкі, таксама омического для гама-індукаваны рэкамбінацыі ток.
Абедзве мадэлі прадказваюць хуткі зарад сігналу ў ланцугу піксэлях, і неадчувальнасць да руху дзірак. Яны адрозніваюцца ў залежнасці бягучага часу, што варта гама ўзбуджэння. У адпаведнасці з омическим мадэлі кантакту, послесвечения ток будзе прытрымлівацца рэкамбінацыі зарадаў току.
7. Рэзюмэ і высновы
CdTe і CdZnTe рост крышталяў метадам Брыджмэн, кадміем кантролю ціску пара. Высока донараў крышталях вельмі электраправоднасць. Адпал ў парах теллура пераўтварэнняў крышталя пласцін ў моцна кампенсаванай стан высокім электрычным супрацівам і высокай адчувальнасцю гама, кантраляваны ўзровень легіравання.
Дэтэктары абсталяваныя омических кантактаў, і зазямленне ахоўнік-кола вакол станоўчага кантакту, ёсць хуткая зарадка час збору. Яны не адчувальныя да захопу дзірак.
Электраправоднасці вызначае становішча ўзроўню Фермі ў забароненай зоны паўправадніка. Праводнасць перабудовы, у дэтэктараў неадчувальныя да захопу дзірак, аптымізуе працы дэтэктара на кампраміс паміж электронамі "жыцця і электрычнага супраціўлення. Дэтэктар павышае прадукцыйнасць за кошт павелічэння праводнасці вышэй свайго мінімальнага значэння.
Дэтэктары неадчувальныя да захопу дзірак раўнамерныя і дастасавальныя да вытворчасці вялікіх масіваў плошчу дэтэктара.
Пакуль вытворчасць сярэдніх і буйных дэтэктара масівы для камерцыйных прыкладанняў стрымліваецца нізкім выхадам якасці матэрыялу для дэтэктараў. Аднак, па ўласнай тэхналогіі можна выгадаваць cystals з добрым выхадам дэтэктара класе матэрыял для выяўлення гама.
Спіс літаратуры
На нета: 22 Сакавіка 1998 года. Выпраўлены варыянт: люты 2000 года. Раздзел 4 рэдакцыя: лістапад 2000 года. Заключэнне вытанчаным: Лістапад 2006 года.
аўтар:
Спасылкі: