[发明专利]一种用于核辐射探测的高迁移率共掺杂碲锌镉晶体及制备方法

说明书

本发明涉及一种用于核辐射探测的高迁移率共掺杂碲锌镉晶体及制备方法，使用两种元素掺杂补偿晶体生长中不可避免的本征缺陷以及减少残留杂质，以同时实现较好的半绝缘性能和优良的载流子输运性能。本发明生长出的共掺杂CZT晶体，其电学性能中的电子迁移率有了极大提升，可达1340cm2/Vs，比目前文献报道的单独In掺杂晶体提升了约20‑58％，极大的改善了载流子输运性能。生长出的共掺杂CZT，其特征是呈半绝缘特性(高阻)，电阻率可达1010的数量级，电子迁移率高，完全满足核辐射探测器的性能求。

技术领域

本发明属于碲锌镉(CdxZn1-xTe，CZT)单晶制备及应用技术领域，涉及一种用于核辐射探测的高迁移率共掺杂碲锌镉晶体及制备方法。

背景技术

碲锌镉(CdZnTe，CZT)晶体在X射线和Gamma射线探测领域有着优异的性能，在医疗成像、安检与核安全等方面具有巨大的应用前景。但是，要制备出高性能的探测器级别的CZT单晶并不容易，它是以优良的电学性能为前提条件的，例如室温下具备电阻率大于109ohms·cm，载流子迁移率和寿命大的优良载流子传输性能。

文献1A.Owens,A.Peacock.Compound Semiconductor RadiationDetectors.Nucl.Instrum.Methods Phys.Res.,Sect.A公开了多种化合物半导体探测器的性能，阐述了CZT化合物半导体探测器的应用现状和展望，其中提到CZT晶体的电子迁移率可以达到1000cm2/Vs，一般需要掺杂In等III族元素或者Cl等VII族元素。

文献2Lingyan Xu et,al.Effects of deep-level defects on carriermobility in CdZnTe crystals.Nuclear Instruments and Methods in PhysicsResearch A公开了一种采用MVB法生长的单独掺杂的CZT:In晶体的电学性质，发现单独掺杂铟元素的碲锌镉的电子迁移率约为848cm2/Vs。

文献3Yasir Zaman et,al.Characterization of CdZnTe co-doped withindium and lead.Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A中公开了一种共掺杂的碲锌镉生长方法，使用In和Pb共同掺杂意图补偿本征缺陷实现良好的晶体性能，其电子迁移率为868cm2/Vs。

文献4M.C.Veale et al.X-ray spectroscopy and charge transportproperties of CdZnTe grown by the vertical Bridgman method NuclearInstruments and Methods in Physics Research A中进行了不同生长方法生长的CZT特性进行对比，发现采用VB法生长的晶体，其电子迁移率可以达到1080cm2/Vs。

根据文献报道，目前生长出的CZT晶体电子迁移率在850cm2/Vs到1100cm2/Vs之间，还有进一步提升的空间。