CdZnTe核辐射探测器制备工艺的研究

摘要

CdZnTe(CZT)核辐射探测器具有较高的探测效率和较好的能量分辨率,广泛应用于x、γ射线探测和成像装置,在国家安全防务、核探测、核控制、天体物理以及医学等领域具有巨大的应用前景.探测器的性能关键取决于探测器的制备工艺,为此本论文针对CZT核辐射探测器制备的关键工艺进行了研究,分析了CZT探测器的表面腐蚀、表面钝化、电极接触等一系列器件工艺条件,并对CZT共面栅探测器电极进行了优化设计.主要研究内容与结果如下:1、采用溴甲醇(BM)和溴乳酸乙二醇溶液(LB)对CZT晶体进行了表面腐蚀研究.AES俄歇电子能谱分析表明,腐蚀液中Br的加入会使得CZT样品表面富Te,从热力学角度对腐蚀机理进行了探讨.2、采用KOH-KCl溶液、H<,2>O<,2>溶液和NH<,4>F/H<,2>O<,2>混合溶液等三种湿法化学钝化工艺对CZT器件表面钝化进行了研究.3、首次提出了采用RFCVD法在CZT器件表面沉积类金刚石(DLC)薄膜进行物理钝化的研究思想.4、对CZT探测器的电极接触工艺进行了系统研究.5、讨论了接触电极的失效机理,采用有限元方法模拟研究接触电极形状、厚度、材料和沉积温度对接触界面热应力的影响.6、采用有限元分析方法模拟分析了三种栅极布局的矩形共面栅探测器模型.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明和本论文使用授权说明

第一章绪言

1.1半导体探测器的性质

1.2 CZT半导体材料

1.3 CZT核辐射探测器的发展现状

1.4 CZT核辐射探测器制备过程中的关键问题

1.5本课题的研究内容

第二章CZT晶体表面处理研究

2.1 CZT表面腐蚀研究

2.1.1 CZT晶体表面腐蚀实验过程

2.1.2 CZT表面腐蚀的微观表征

2.2 CZT表面钝化研究

2.2.1 KOH-KCl溶液钝化

2.2.2 H2O2溶液钝化

2.2.3 NH4F/H2O2混合溶液钝化

2.2.4 DLC薄膜物理钝化

2.2.5化学钝化和物理钝化效果比较

2.2.6侧面抛光钝化对器件漏电流的影响

2.2.7钝化对器件漏电流稳定性影响

2.3小结

第三章CZT探测器电极接触研究

3.1 CZT器件欧姆接触制备的工艺

3.1.1CZT器件欧姆接触形成机理

3.1.2 CZT表面不同接触层材料的接触工艺与特性

3.1.3化学镀Au电极的微观表征

3.2 CZT表面薄膜电极接触热应力分析

3.2.1 CZT表面薄膜电极接触模型的建立及模拟结果

3.2.2电极形状的影响

3.2.3电极厚度的影响

3.2.4电极材料的影响

3.2.5电极沉积温度的影响

3.2.6电极接触热应力分析讨论

3.3 CZT接触电极粘附强度测试

3.4 CZT接触电极老化的初步研究

3.5保护环(Guard Ring)电极的加载对器件漏电流的影响

3.6小结

第四章CZT共面栅器件电极的优化设计

4.1共面栅器件工作原理

4.2矩形共面栅探测器的电极几何构型的有限元模拟

4.2.1模型建立

4.2.2模拟结果与讨论

4.3圆柱共面栅探测器的电极几何构型的有限元模拟

4.3.1圆柱型共面栅探测器的设计思想

4.3.2模型建立

4.3.3模拟结果与讨论

4.4共面栅探测器的优化设计

4.5小结

第五章总结

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢

论文说明