室溫核探測材料CdZnTe及其器件的設(shè)計與制備研究

本項目根據(jù)研究計劃，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)、晶體生長和探測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）平面波贗勢的方法和混合密度泛函理論的HSE方法，計算了閃鋅礦結(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)移動法制備了CdZnTe單晶，對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、高電阻率的探測器級CdZnTe厚膜。制成了Au/graphene/CdZnTe/FTO光導(dǎo)結(jié)構(gòu)。設(shè)計glass/Cr/Au/CZT/Au多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，研究對稱電極的光電性能。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后期降溫過程中的原位熱處理工藝，首次提出在晶體生長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)移動法在800°C、840°C和880°C制備CdZnTe單晶，討論了不同制備溫度對溶劑熔區(qū)移動法晶體性能的影響。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、不同溫度對載流子輸運(yùn)性能的影響。最終制備出高質(zhì)量的探測器級CdZnTe晶體，最優(yōu)樣品已達(dá)到申請書提出的指標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了在制備出探測器級CdZnTe材料及高性能核輻射探測器的理論與工藝研究上有所突破的目標(biāo)。 2100433B

當(dāng)前社會，在國家安全防務(wù)、核廢料監(jiān)控、機(jī)場與港口安全檢測、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)新型核輻射探測材料與器件技術(shù)?；诎雽?dǎo)體CdZnTe（CZT）晶體的核探測技術(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。 本項目將采用第一性原理方法計算Zn成分變化對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)、能級位置、形成能及對載流子輸運(yùn)性能的影響；研究表面缺陷和吸附、電極/CZT界面對探測器性能的影響。采用有限元和蒙特卡羅方法模擬分析探測器幾何結(jié)構(gòu)對器件性能的影響，實(shí)現(xiàn)對器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)設(shè)計結(jié)果，最終制備出探測器級CZT材料及高性能核輻射探測器。本項目將為我國高性能CZT材料與新型探測儀器的發(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、slid state nurlear track deurtinn利用帶電粒子穿過絕緣介質(zhì)時，沿其軌跡會造成原子尺度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器的材料很多。包括塑料、云母、玻璃、磷灰石等萬一物。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)等多個學(xué)科領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

固體核徑跡探測器（簡稱SSNTD）是1962年以來迅速發(fā)展起來的一種新型核徑跡探測器．它價格低廉、處理方法簡便、應(yīng)用廣泛．本書系統(tǒng)地介紹了SSNTD的基本原理、所用材料、處理方法以及識別核徑跡的各種技術(shù)．同時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、量子物理、自旋電子及輸運(yùn)特性等，設(shè)計工作波長在紅外大氣窗口Ge/Si探測器的材料結(jié)構(gòu)、器件工藝；實(shí)驗上采用分子束外延、超高真空離子束沉積技術(shù)，結(jié)合自組裝材料生長、斷續(xù)逐層生長等特殊工藝，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器的原型器件。Si材料的儲量豐富、成本低廉、大面積均勻性好，制備的紅外探測器可同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實(shí)的基礎(chǔ)。