溴化铊晶体生长与电极材料研究

摘要

在宽禁带化合物半导体材料中,溴化铊在制作室温伽玛射线探测器上非常有前景。得益于它的较高的原子序数和高密度,溴化铊晶体具有很强的射线阻止能力。而且溴化铊较大的禁带宽度保证了器件在室温下具有较小的噪音,在室温下的电阻率可以达到10Ω·cm的水平。具有氯化铯立方晶体结构的溴化铊具有相对较低的熔点,且在熔化时体积不变,而且在凝固至室温时没有破坏性的晶相产生,因此溴化铊的提纯和晶体生长可以直接在熔体中进行。
　　根据溴化铊晶体生长规律,以及现有的双温区电控动态梯度晶体生长炉,本文进行了温度控制的模拟计算,得出了欲达到所要求的温度梯度及生长速率的控制方法,并根据所得结果控制生长炉在不同的温度梯度和生长速率下生长晶体,比较生长晶体的各项性能,探索最佳的生长参数。通过对同一生长速率下不同温度梯度的晶体性能比较和同一温度梯度下不同生长速率的晶体性能比较,得出了相对适中的生长速率和温度梯度下可以使晶体质量达到最高这一结论。实验得出的适宜8mm晶体生长的最佳参数为温度梯度9.8摄氏度/厘米,生长速率2毫米/小时。
　　此外,本文还介绍了半导体电极的两种接触方式以及溴化铊与电极间的结合方式、界面稳定性等,并根据电极与溴化铊基底的反应情况将电极材料分为三大类。从这三大类电极材料中挑选出四种材料进行比较。这四种材料分别是金(Au)钛(Ti)、铝(Al)和镍铬(Ni-Cr)。四种电极材料分别被使用相似的参数溅射到溴化铊基底上形成一层约100纳米厚的电极,并进行退火处理以测试其老化性能。在经过了电阻、电流-电压曲线、XRF以及探测器性能等测试之后得到以下结论:金(Au)和镍铬(Ni-Cr)都可以承受较高的使用环境,并保持一定的射线敏感性,其中金(Au)电极的晶片具有较高的耐压值,而镍铬(Ni-Cr)电极能够保持较高的射线敏感性;铝(Al)电极只能在较低的温度下工作。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 TlBr探测器的制作流程

1.3 本文主要内容

2 晶体生长

2.1 晶体质量控制

2.2 常用晶体生长方法比较

2.3 改进型电控动态梯度晶体生长炉及设置

2.4 EDG法溴化铊晶体生长参数研究

2.5 本章小结

3 电极制作

3.1 电极材料的选择

3.2 电极制作方式

3.3 表面质量

3.4 电极制作

3.5 电极老化性能

3.6 本章小结

4 总结与展望

4.1 全文总结

4.2 课题展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间发表的论文、专利