[00142754]新型核辐射探测器材料CdMnTe的晶体生长、结构缺陷及性能研究

1．改进的垂直 Bridgman 法生长 CdMnTe 晶体研究 在本实验室前期工作的基础上,采用改进的垂直Bridgman法生长CdMnTe晶体,对晶体生长过程进行了一系列的优化,主要包括以下方面：石英坩埚真空镀碳膜工艺和掺In晶体生长工艺优化。 2．移动加热器法晶体生长设备研制 研究了移动加热器法（ Traveling heater method, THM）生长 CdMnTe 晶体的原理和 CdMnTe 物理性能参数,确定了 THM 法生长 CdMnTe 晶体的各生长参数范围：晶体的结晶界面和熔化界面的温度范围在 600～900℃之间;晶体生长速度为 1～5mm/day;结晶界面合适的温度梯度范围为 20-60 ℃/cm,熔化界面的温度梯度范围为 15-40℃/cm;Te 溶剂区高度 l 与晶体直径 d 比值为：0.8≤l d ≤1;ACRT的旋转速率为-60r/min～60r/min。 根据 THM 晶体生长的设定参数,设计 THM法晶体生长设备, THM 晶体生长系统包括炉体部分、机械传动部分和控制部分组成,炉体部分采用上、下电阻炉加热和中间感应炉加热。 最终得到的 THM 晶体生长系统如图 10 所示。 首先对 THM 晶体生长系统的加热器升降运动和坩埚支承杆旋转运动的精度和稳定性进行检测。结果显示,炉体的伺服直线升级运动和支撑杆的伺服旋转运动的精度和稳定性误差小于 3%。其次,对晶体生长炉内部温度场进行测量, 如图 11 所示。结果显示, 当上、下电阻炉设定温度为 500℃,中间感应炉设定温度为 800℃时,结晶区域的轴向温度梯度为 41℃/cm,熔化区域的轴向温度梯度为 20℃/cm,结晶界面和熔化界面温度都为 900℃时,两界面之间距离约为 5cm。当上、下电阻炉设定温度分别为 700℃、600℃,中间感应炉设定温度为 900℃时,结晶区域的轴向温度梯度为 30℃/cm,熔化区域的轴向温度梯度为 21℃/cm,结晶界面和熔化界面温度都为 950℃时,两界面之间距离约为 6cm。感应炉局部 900℃时,径向温度波动在±1℃范围内。以上结果表明, THM 晶体生长系统的加热器移动、坩埚支承杆旋转和生长炉温度场均达到预期的设计目标。 3．CdMnTe 晶体结构缺陷（点缺陷、孪晶、位错、 Te 夹杂相等）的理论分析和 实验表征 4．CdMnTe晶体的表面处理工艺和电学接触特性研究结合 CdMnTe 晶体自身的性质,选用 W0.5 粒径的 Al2O3 抛光料对晶片进行机械抛光,研究了抛光机（ UNIPOL-802 精密磨抛机）的主轴转数、抛光压力、磨料浓度和抛光时间,对材料表面质量和去除率以及晶片表面粗糙度的影响规律,得到兼顾低表面粗糙度和高材料去除率要求的最佳机械抛光工艺参数。图 21 表示 W0.5 Al2O3 抛光液浓度与抛光速度的关系,图 22 表示 W0.5 的 Al2O3对晶片机械抛光不同时间的晶片表面 AFM 图。 进一步使用 LB 抛光液（Br2+乳酸+乙二醇）进行后续化学抛光。研究表明,采用浓度为 2%的 LB 腐蚀液腐蚀 2min 后能获得表面质量良好的晶片,表面粗糙度 Ra 值降低至 3.55nm。