室溫核探測(cè)材料CdZnTe及其器件的設(shè)計(jì)與制備研究

本項(xiàng)目根據(jù)研究計(jì)劃，在CdTe基半導(dǎo)體的能帶調(diào)制及其合金性質(zhì)的研究、電極材料與CdZnTe的界面性質(zhì)、晶體生長(zhǎng)和探測(cè)器制備研究方面取得了重大進(jìn)展。首先，基于密度泛函理論(DFT) 框架下的PBE型廣義梯度近似（GGA）平面波贗勢(shì)的方法和混合密度泛函理論的HSE方法，計(jì)算了閃鋅礦結(jié)構(gòu)的CdTe體材料的光學(xué)特性、Cd空位、 Te反位和Te間隙缺陷的形成能、缺陷能級(jí)和態(tài)密度。其次，研究了電極材料與CdZnTe的界面性質(zhì)及其擴(kuò)散機(jī)制。采用改進(jìn)的垂直布里奇曼法和溶劑熔區(qū)移動(dòng)法制備了CdZnTe單晶，對(duì)CdZnTe晶體(111)B面進(jìn)行Au/Zn電極制備和退火研究。深入研究了晶體表面處理、電極金屬材料、熱處理工藝對(duì)金半接觸性能的影響。采用近空間升華（CSS）方法在FTO導(dǎo)電玻璃上制備了高質(zhì)量、高電阻率的探測(cè)器級(jí)CdZnTe厚膜。制成了Au/graphene/CdZnTe/FTO光導(dǎo)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)glass/Cr/Au/CZT/Au多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，研究對(duì)稱電極的光電性能。采用電子束蒸發(fā)法在CdZnTe薄膜上制備了Au/GZO復(fù)合電極，確定了電極工藝對(duì)Au/CdZnTe 光導(dǎo)結(jié)構(gòu)性能的影響規(guī)律。再次，研究了垂直布里奇曼法晶體生長(zhǎng)后期降溫過程中的原位熱處理工藝，首次提出在晶體生長(zhǎng)后期的降溫過程中采用三階段的原位熱處理工藝的思路，電阻率超過了1010Ω?cm，對(duì)241Am@59.5keV?射線源的能譜響應(yīng)提高了6.01%。采用溶劑熔區(qū)移動(dòng)法在800°C、840°C和880°C制備CdZnTe單晶，討論了不同制備溫度對(duì)溶劑熔區(qū)移動(dòng)法晶體性能的影響。利用穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)技術(shù)表征載流子的運(yùn)輸性能，研究了不同輻射強(qiáng)度、不同溫度對(duì)載流子輸運(yùn)性能的影響。最終制備出高質(zhì)量的探測(cè)器級(jí)CdZnTe晶體，最優(yōu)樣品已達(dá)到申請(qǐng)書提出的指標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了在制備出探測(cè)器級(jí)CdZnTe材料及高性能核輻射探測(cè)器的理論與工藝研究上有所突破的目標(biāo)。 2100433B

當(dāng)前社會(huì)，在國(guó)家安全防務(wù)、核廢料監(jiān)控、機(jī)場(chǎng)與港口安全檢測(cè)、天體物理研究、醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)等領(lǐng)域迫切需要開發(fā)新型核輻射探測(cè)材料與器件技術(shù)?；诎雽?dǎo)體CdZnTe（CZT）晶體的核探測(cè)技術(shù)，引起了研究和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。研究表明，CZT探測(cè)器的性能很大程度上取決于材料的缺陷和表面/界面行為，以及器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 本項(xiàng)目將采用第一性原理方法計(jì)算Zn成分變化對(duì)CZT基本物理性質(zhì)的影響，獲得適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域CZT合適的Zn成分范圍；研究缺陷結(jié)構(gòu)、能級(jí)位置、形成能及對(duì)載流子輸運(yùn)性能的影響；研究表面缺陷和吸附、電極/CZT界面對(duì)探測(cè)器性能的影響。采用有限元和蒙特卡羅方法模擬分析探測(cè)器幾何結(jié)構(gòu)對(duì)器件性能的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，最終制備出探測(cè)器級(jí)CZT材料及高性能核輻射探測(cè)器。本項(xiàng)目將為我國(guó)高性能CZT材料與新型探測(cè)儀器的發(fā)展打下基礎(chǔ)，并使這一領(lǐng)域的研究水平能迅速躋身于世界先進(jìn)水平。

固體核徑跡探測(cè)、slid state nurlear track deurtinn利用帶電粒子穿過絕緣介質(zhì)時(shí)，沿其軌跡會(huì)造成原子尺度L的輻射損傷這種現(xiàn)象建立的帶電粒子探測(cè)方法。如果損傷密度足夠高，則經(jīng)過化學(xué)蝕刻等方法處理后，便可用普通光學(xué)顯微鏡加以觀察。叮用柞固體核徑跡探測(cè)器的材料很多。包括塑料、云母、玻璃、磷灰石等萬(wàn)一物。各種材料中不同帶電粒了留卜的徑跡的形狀、尺寸各不相同，借此可分辨帶電粒子的電荷、質(zhì)量和能量等。這一探測(cè)粒子的方法是由f'.l3.Price.IZ. M.Walker和ft . L . Fleishcr于2l}世紀(jì)6U年代初首先提出的，現(xiàn)已在固體物理、化學(xué)、生物、天體物理、找J}、考石、地學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

固體核徑跡探測(cè)器（簡(jiǎn)稱SSNTD）是1962年以來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型核徑跡探測(cè)器．它價(jià)格低廉、處理方法簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛．本書系統(tǒng)地介紹了SSNTD的基本原理、所用材料、處理方法以及識(shí)別核徑跡的各種技術(shù)．同時(shí)列舉了大量在物理學(xué)、化學(xué)、地學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、考古學(xué)和環(huán)境科學(xué)等方面的應(yīng)用．重點(diǎn)闡述了塑料核徑跡探測(cè)器及其應(yīng)用．

本書可供上述各學(xué)科專業(yè)人員參考，學(xué)習(xí)．

理論研究Ge/Si納米薄膜材料的生長(zhǎng)、量子物理、自旋電子及輸運(yùn)特性等，設(shè)計(jì)工作波長(zhǎng)在紅外大氣窗口Ge/Si探測(cè)器的材料結(jié)構(gòu)、器件工藝；實(shí)驗(yàn)上采用分子束外延、超高真空離子束沉積技術(shù)，結(jié)合自組裝材料生長(zhǎng)、斷續(xù)逐層生長(zhǎng)等特殊工藝，制備出相應(yīng)性能的Ge/Si納米薄膜（量子點(diǎn)）材料，進(jìn)一步研制出紅外探測(cè)器的原型器件。Si材料的儲(chǔ)量豐富、成本低廉、大面積均勻性好，制備的紅外探測(cè)器可同Si讀出電路與超大規(guī)模處理電路實(shí)現(xiàn)單片的集成，開展這方面的工作可為光電子集成奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。