硅基碘化汞多晶厚膜的生长及其探测器的初步研究

摘要

碘化汞(HgI<,2>)晶体是一种性能优异的新型室温半导体核辐射探测器材料。其电阻率高(约10<'13>Ω-cm)、原子序数大(Hg=80，I=53)、禁带宽度较大，在室温下对X-射线、γ-射线能量分辨率好。用它可制成体积小、重量轻并可室温下使用的高能辐射(X、γ射线)探测器，在环境监测、核医学、安全检查、工业无损检测、核辐射探测、航空航天、天体物理和高能物理等领域有着广泛的应用。本论文研究了多晶HgI<,2>厚膜的生长工艺，并探讨了探测器的表面处理、电极制备和封装等制备工艺及其对器件性能的影响。 采用改进的热壁物理气相沉积法(Hot-wall PVD)晶体生长装置，在非晶硅(α-Si)衬底上生长多晶HgI<,2>厚膜，分析讨论了生长工艺参数对生长质量的影响，提出了获取高质量厚膜的生长参数。用金相显微镜、SEM、XRD、红外透射仪等对HgI<,2>厚膜进行了表征，结果表明采用特定参数生长的厚膜的纯度高，颗粒度小，结构均匀，致密性好，且为沿(001)晶向优先取向。 同时还研究了HgI<,2>室温核辐射探测器的制备工艺，实验表明采用表面腐蚀的最佳工艺条件(即在300K温度下采用15％KI的化学腐蚀液，腐蚀约1分钟)，能有效地降低表面漏电流；研究了器件制备中电极材料的选择、制备方法及其电极接触特性，I-V特性测试表明金和胶体石墨电极材料与多晶HgI<,2>均形成良好的欧姆接触。对制各的探测器进行了暗电流、电容频率和能谱响应特性等测试，结果表明所制备的探测器的暗电流低，电容小(约1.5pF)，且对5.9keV的<'55>Fe X射线、5.5MeV的<'241>Am α粒子有良好的响应，能量分辨率分别为3.61％和6.0％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章概论

1.1引言

1.2半导体核辐射探测器的发展

1.3室温半导体探测器材料

1.4室温半导体核辐射探测器的现状

1.4.1砷化镓(GaAs)核辐射探测器

1.4.2碲化镉(CdTe)核辐射探测器

1.4.3碲锌镉(CdZnTe)核辐射探测器

1.4.4硒化镉(CdSe)核辐射探测器

1.4.5其它室温半导体核辐射探测器材料

1.5碘化汞(HgI2)晶体与核辐射探测器

1.5.1碘化汞(HgI2)晶体

1.5.2碘化汞(HgI2)核辐射探测器研究进展

1.6本研究的意义及内容

1.6.1课题研究意义

1.6.2课题研究内容

第二章硅基多晶碘化汞厚膜的制备

2.1 PVD法生长原理

2.1.1升华

2.1.2输运

2.1.3沉积生长

2.1.4成核

2.2多晶碘化汞厚膜的生长

2.2.1实验装置

2.2.2多晶碘化汞厚膜生长工艺

2.3多晶碘化汞厚膜的性能表征

2.3.1厚膜表面形貌

2.3.2 X-ray衍射(X-ray diffraction，XRD)分析

2.3.3红外透射光谱

2.3.4晶体生长结果及其分析

2.4小结

第三章多晶碘化汞厚膜探测器的原理及制备

3.1半导体探测器的分类

3.1.1结型探测器

3.1.2锂漂移型探测器

3.1.3特殊类型的半导体探测器

3.1.4匀质体探测器

3.2半导体探测器的主要参数

3.2.1探测效率

3.2.2能量分辨率

3.2.3噪声

3.3多晶碘化汞探测器制备工艺

3.3.1晶片加工

3.3.2表面处理

3.3.3电极制备

3.3.4探测器的封装与安装

3.4小结

第四章多晶碘化汞探测器的电学性能研究

4.1探测器电学性能测试与分析

4.1.1暗电流特性

4.1.2 α粒子辐照下的响应特性

4.1.3电容-频率特性

4.2探测器能谱特性

4.2.1对55Fe、241Am源辐照的能谱响应

4.2.2 55Fe X射线辐照时的计数与电压的关系

4.3碘化汞核辐射探测器的极化现象

4.4小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表论文

致 谢