Вплив домішок і структурних дефектів на електрофізичні та детекторні властивості CdTe та CdZnTe
Анотація
Твердотільні детектори іонізуючих випромінювань, виконані на основі високоомних напівпровідників, можуть використовуватись в сфері моніторингу безпеки ядерних реакторів. Такі високоомні матеріали, як CdTe і CdZnTe, мають дуже хороші електрофізичні і детекторні властивості. Метою даної роботи було визначення методом комп’ютерного моделювання характеру впливу домішок і структурних дефектів, а також їхніх кластерів на електрофізичні і детекторні властивості Cd1-xZnxTe (0≤x≤0,3).
Обчислення ґрунтувались на добре апробованих моделях, надійність яких підтвердилась при порівнянні результатів моделювання з відомими експериментальними даними. Встановлено, що глибокі донори з рівнем енергії поблизу середини забороненої зони значно розширюють область високоомного стану CdTe та CdZnTe, яка є придатною для створення детекторів випромінювань. Дослідження також дозволили встановити, що на глибоких рівнях вакансій кадмію має місце захоплення та рекомбінація нерівноважних зарядів завдяки дії домішок Ti, V, Ge, Ni, Sn. З цієї причини такі домішки є шкідливими, вони помітно знижують ефективність збору зарядів детекторів на основі CdTe та CdZnTe. Зменшення електронної рухливості в CdTe і CdZnTe може бути спричинене неоднорідним розподілом домішок (домішковими кластерами). За умови рівномірного розподілу домішок в об’ємі кристалу можна досягти прийнятної детекторної якості високоомного CdZnTe у випадку, коли концентрація шкідливих домішок Ti, V, Ni, Sn, Ge не перевищує вміст «фону». Отримані результати можуть допомогти у визначенні умов отримання матеріалів CdTe та CdZnTe високої детекторної якості.
Посилання
Knoll G. F. Radiation Detection and Measurement. 4th edition, John Wiley&Sons, Inc., 2010, 829 p.
Pekarek J., Belas E., Zazvorka J. Long-term stable surface treatments on CdTe and CdZnTe radiation detectors. Journal of Electronic Materials, 2017, vol. 46, no. 4, pp. 1996-2002. http://dx.doi.org/10.1007/s11664-016-5065-5
Kim K. H., Hwang S., Fochuk P. et al. The effect of low-temperature annealing on a CdZnTe detector. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2016, vol. 63, no. 4, pp. 2278-2282. http://dx.doi.org/10.1109/TNS.2016.2583546
Reihon M., Franc J., Zazvorka J., Dedic V. Influence of low temperature annealing on Schottky barrier height and surface electrical properties of semiinsulating CdTe. Semiconductor Science and Technology, 2017, vol. 32, no.8, pp. 085007-1-6. http://dx.doi.org/10.1088/1361-6641/aa7500
Bell S. J., Baker M. A., Duarte D. D., Schneider A. et al. Performance comparison of small-pixel CdZnTe radiation detectors with gold contacts formed by sputter and electroless deposition. Journal of Instrumentation, 2017, vol. 12, pp. 06015-1-10. https://doi.org/10.1088/1748-0221/12/06/P06015
Bell S. J., Baker M. A., Duarte D. D. et al. Characterization of the metal semiconductor interface of gold contacts on CdZnTe formed by electroless deposition. Journal of Physics D: Applied. Physics, 2015, vol. 48, pp. 275304-275317. http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/48/27/275304
Sadullaev A. B. [State of impurity atoms with deep layers in semiconductors under strong compensation conditions]. Molodoi Uchenyi, 2011, vol. 1, no. 12, pp. 48-50. https://moluch.ru/archive/35/3956/ (Rus)
Ruihua Nan, Tao Wang, Gang Xu et al. Compensation processes in high-resistivity CdZnTe crystals doped with In/Al. Journal of Crystal Growth, 2016, vol. 451, pp. 150-154. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.07.032
Hofmann D. M., Stadler W., Christmann P., Meyer B. K. Defects in CdTe and Cd1-xZnxTe. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res.A, 1996, vol. 380, iss. 1-2, pp. 117-120. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(96)00287-2
Castaldini A., Cavallini A., Fraboni B. et al. Deep energy levels in CdTe and CdZnTe. J. Appl. Phys, 1998, vol. 83, iss. 4, pp. 2121-2126.
Novikov G. F., Radychev N. A. Russian Chemical Bulletin, 2007, vol. 56, no. 5, pp. 890-894. https://doi.org/10.1007/s11172-007-0134-9 (Rus)
Kolobov G.A., Karpenko A.V. [Refining of light, rare, rare-earth and radioactive metals]. Voprosy Atomnoi Nauki i Tekhniki, 2016, no. 1, pp. 3-9. (Rus)
Devyatykh G. G. [Developing high-clean materials]. In collection: Suchasne Materialoznavstvo XXI Storichchya. Kiyiv, Naukova dumka, 1998, 658 p. (Ukr)
Azhazha V. M., Kovtun G. P., Neklyudov I.M. [Complex approach to producing high-clean materials for electronics]. Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2002, no. 6, pp. 3-6. (Rus)
Bonch-Bruevich V.L., Kalashnikov S. G. Fizika poluprovodnikov [Semiconductor physics]. Moscow. Nauka, 1990, 685 p. (Rus)
Segall B., Lorenz M. R., Halsted R. E. Electrical properties of n-type CdTe. Physical Review, 1963, vol. 129, no. 6, pp. 2471-2481.
Faulkner R. A. Toward a theory of impurities in semiconductors. Physical Review, 1968, vol. 175, no. 3, pp. 991-1009. https://doi.org/10.1103/PhysRev.175.991
Wolf C. M., Stillman G. E., Lindley W. T. Electron mobility in high-purity GaAs. Journal of Applied Physics, 1970, vol. 41, no. 7, pp. 3088. https://doi.org/10.1063/1.1659368
Ruihua Nan, Wanqi Jie et al. Determination of trap levels in CdZnTe:In by thermally stimulated current spectroscopy. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2012, vol. 22, pp. 148-152. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(12)61700-2
Zumbiehl A., Fougeres P., Hage-Ali M et al. Resistivity simulation of CdZnTe materials. Journal of Crystal Growth, 1999, vol. 197, pp. 670-74.
Ruihua Nan, Wanqi Jie, Gangqiang Zha et al. Irradiation-induced defects in Cd0.9Zn0.1Te:Al. Journ. Electronic Materials, 2012, vol. 41, no. 11, pp. 2044-2049. https://doi.org/10.1007/s11664-012-2204-5
Авторське право (c) 2019 Кондрик О. І., Ковтун Г. П.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
