半导体辐射探测材料与器件研究进展 被引量：14

1

作者 武蕊 范东海 +6 位作者 康阳 万鑫 郭晨 魏登科 陈冬雷 王涛 查钢强 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第10期1813-1829,共17页

自从1895年伦琴发现X射线以来,辐射探测技术快速发展,被广泛应用于医疗影像、安检安防、工业无损检测、核安全监测、资源勘探、基础科学和空间科学等诸多领域。从探测材料和工作原理划分,辐射探测器主要可分为气体探测器、闪烁体探测器... 自从1895年伦琴发现X射线以来,辐射探测技术快速发展,被广泛应用于医疗影像、安检安防、工业无损检测、核安全监测、资源勘探、基础科学和空间科学等诸多领域。从探测材料和工作原理划分,辐射探测器主要可分为气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器。本文从各类射线与半导体材料的相互作用以及半导体探测器工作原理和信号处理过程入手,探讨了不同辐射类型、不同应用需求对半导体辐射探测器的性能要求以及探测器设计要点,并按照元素族序的顺序对半导体材料在辐射探测领域的性能表现和研究进展进行了综述。 展开更多

关键词 核辐射探测器 半导体 伽马射线探测器 X射线探测器 粒子探测器 CdZnTe探测器 硅探测器

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硒化铟材料的发展及其光电器件应用 被引量：1

2

作者 赵清华 郑丹 +2 位作者 陈鹏 王涛 介万奇 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第9期1703-1721,共19页

自2004年发现石墨烯以来,二维材料以其丰富的带隙结构、独特的光电特性和无悬挂键的范德瓦耳斯表面等,极大地拓宽了半导体电子、光电子器件的设计维度。其中二维硒化铟材料成为最具竞争力的未来高迁移率光电子器件用候选材料,被诺贝尔... 自2004年发现石墨烯以来,二维材料以其丰富的带隙结构、独特的光电特性和无悬挂键的范德瓦耳斯表面等,极大地拓宽了半导体电子、光电子器件的设计维度。其中二维硒化铟材料成为最具竞争力的未来高迁移率光电子器件用候选材料,被诺贝尔奖获得者Andre Geim认为是“硅和石墨烯的‘黄金分割点’”。但人们对二维硒化铟材料的研究仅有不到十年的时间,对其制备及应用的认识仍然不足。本文综述了二维硒化铟材料及其光电器件的研究现状。另外,考虑到目前绝大多数二维硒化铟材料的研究是基于块状单晶体材料的机械剥离开始的,因此本文首先回顾了硒化铟晶体结构的认识及其制备方法的发展历程,在此基础上综述了二维硒化铟材料制备及其性能表征的前沿研究结果,探讨了器件结构、材料制备方法等因素对二维硒化铟场效应晶体管和光探测器电学输运特性的影响,最后分析了未来硒化铟材料及器件应用面临的机遇与挑战。 展开更多

关键词 二维材料 硒化铟 晶体生长 场效应晶体管 光探测器

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Cs_(3)Bi_(2)I_(9)晶体的生长及辐射探测性能 被引量：1

3

作者 孙啟皓 郝莹莹 +3 位作者 张鑫 肖宝 介万奇 徐亚东 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第10期1907-1912,共6页

采用布里奇曼法成功制备出大尺寸(Φ15 mm×50 mm)、高质量的全无机金属卤化物类钙钛矿Cs_(3)Bi_(2)I_(9)单晶。室温下,该晶体属于六方晶系,空间群为P63/mmc,密度为5.07 g/cm3,晶胞参数为a=b=0.840 nm,c=2.107 nm,熔点为632℃。采... 采用布里奇曼法成功制备出大尺寸(Φ15 mm×50 mm)、高质量的全无机金属卤化物类钙钛矿Cs_(3)Bi_(2)I_(9)单晶。室温下,该晶体属于六方晶系,空间群为P63/mmc,密度为5.07 g/cm3,晶胞参数为a=b=0.840 nm,c=2.107 nm,熔点为632℃。采用粉末X射线衍射谱、紫外-可见-近红外漫反射光谱、I-V测试等表征该晶体的性质。制备Au/Cs_(3)Bi_(2)I_(9)/Au三明治型器件结构,采用飞行时间技术测试Cs_(3)Bi_(2)I_(9)晶体的载流子迁移率,得到Cs_(3)Bi_(2)I_(9)晶体的电子迁移率为4.33 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)。根据Hecht单载流子方程拟合得到Cs_(3)Bi_(2)I_(9)晶体的载流子迁移率寿命积(μτ)为8.21×10^(-5)cm^(2)·V^(-1),并且在500 V偏压下对α粒子的能量分辨率达到39%。 展开更多

关键词 Cs_(3)Bi_(2)I_(9) 辐射探测 晶体生长 金属卤化物钙钛矿 布里奇曼法

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CdZnTe伽马射线探测器的能谱特性分析 被引量：4

4

作者 于晖 张蒙蒙 +3 位作者 杜园园 席守智 查钢强 介万奇 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第10期1883-1891,共9页

CdZnTe(CZT)探测器目前在国内外天体物理研究中占有重要的地位。本文采用蒙特卡洛软件GEANT4模拟了CZT伽马射线探测器对伽马射线的能谱响应,研究了电子和空穴的输运特性、外加偏压、探测器厚度等因素对平面型探测器的能谱特性的影响规... CdZnTe(CZT)探测器目前在国内外天体物理研究中占有重要的地位。本文采用蒙特卡洛软件GEANT4模拟了CZT伽马射线探测器对伽马射线的能谱响应,研究了电子和空穴的输运特性、外加偏压、探测器厚度等因素对平面型探测器的能谱特性的影响规律。结果表明,在电子收集效率较高时,能量分辨率明显受迁移率寿命积比值((μτ)_(e)/(μτ)_(h))的影响,比值越小,能量分辨率越好。增加工作电压可以提高载流子的收集效率和探测器的能量分辨率。在电子收集效率较高时,增大厚度可以弱化空穴信号贡献,提高能量分辨率。漂移程与晶体厚度之比(μτ)_(e)E/d可以用来估算平面型CZT探测器对低能射线的收集效率,并计算出其对应关系。 展开更多

关键词 辐射探测晶体 伽马射线探测器 CdZnTe探测器 GEANT4 CDZNTE晶体 能量分辨率 能谱

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温度对碲锌镉光子计数探测器计数性能的影响及机理研究 被引量：3

5

作者 李颖锐 吴森 +4 位作者 郭玉 席守智 符旭 查钢强 介万奇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第10期240-245,共6页

基于线阵光子计数探测器模块,实现了碲锌镉探测器的光子计数应用。研究了大剂量X射线下碲锌镉探测器的计数性能,发现碲锌镉光子计数探测器根据其典型计数性能可分为两类:C1,C2。分析了这两类典型的光子计数探测器的计数性能与X射线能谱... 基于线阵光子计数探测器模块,实现了碲锌镉探测器的光子计数应用。研究了大剂量X射线下碲锌镉探测器的计数性能,发现碲锌镉光子计数探测器根据其典型计数性能可分为两类:C1,C2。分析了这两类典型的光子计数探测器的计数性能与X射线能谱响应特性、前放脉冲信号上升时间以及碲锌镉探测器缺陷水平的内在联系,在此基础上研究了温度对C2类碲锌镉光子计数探测器计数性能的影响规律,升高温度可以抑制探测器的极化失效,提高计数率,且当温度升高至33℃时,探测器计数性能可得到显著改善。最后利用线阵光子计数探测器模块,获得了不同温度下C2类碲锌镉光子计数探测器的多能区成像结果,升高温度可以显著增加其图像衬度,提高成像质量。该研究为通过控制外部条件提高碲锌镉光子计数探测器性能提供了有效手段。 展开更多

关键词 碲锌镉 光子计数 极化效应 温度 多能区成像

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CsPbBr_(3)单晶薄膜制备及其X射线探测性能研究 被引量：3

6

作者 张欣雷 王涛 查钢强 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第10期1900-1906,共7页

X射线探测在医疗、工业无损检测、国土安全等领域具有重要意义。制备高灵敏度的X射线探测器可以降低X射线剂量,在医疗和安检中至关重要。本文系统研究了采用空间限域法制备的高质量CsPbBr_(3)单晶薄膜,并用该薄膜制备出了性能良好的X射... X射线探测在医疗、工业无损检测、国土安全等领域具有重要意义。制备高灵敏度的X射线探测器可以降低X射线剂量,在医疗和安检中至关重要。本文系统研究了采用空间限域法制备的高质量CsPbBr_(3)单晶薄膜,并用该薄膜制备出了性能良好的X射线探测器。借助偏光显微镜、扫描电子显微镜及其配备的能谱系统和背散射电子衍射系统对薄膜的形貌、厚度、成分和取向进行了分析。研究发现所制备的单晶薄膜表面平整、光滑,元素分布均匀,晶体取向均一。利用该薄膜制备的探测器具有较高电阻率(约7.23×10^(8)W·cm)和极高的灵敏度(约2610μC·Gy^(-1)·cm^(-2))。 展开更多

关键词 CsPbBr_(3) 钙钛矿 单晶薄膜 X射线探测 高灵敏度 空间限域法

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热处理GaSb衬底对近距离升华法制备CdZnTe外延膜的影响

7

作者 李阳 曹昆 介万奇 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第10期1705-1711,共7页

衬底的表面质量对生长膜层的质量有重要影响,衬底表面的粗糙度、均匀性、附着物残留及氧化层均是其表面质量的评价标准。本文报道了一种热处理方法,通过近距离升华设备原位去除GaSb(001)衬底上的氧化层后用于制备CdZnTe外延膜。通过控... 衬底的表面质量对生长膜层的质量有重要影响,衬底表面的粗糙度、均匀性、附着物残留及氧化层均是其表面质量的评价标准。本文报道了一种热处理方法,通过近距离升华设备原位去除GaSb(001)衬底上的氧化层后用于制备CdZnTe外延膜。通过控制热处理的温度和时间,获得洁净且平整的较优衬底状态。利用原子力显微镜和X射线光电子能谱表征了热处理对GaSb衬底形貌和成分的影响,采用双晶X射线摇摆曲线对经过热处理后的GaSb衬底上生长的CdZnTe外延膜的结晶质量进行了评价。为了深入研究这种异质界面附近微观缺陷的性质和外延形成机制,还对CdZnTe/GaSb截面进行了TEM分析研究。GaSb衬底在600℃经过180 s热处理后,可以去除衬底表面大部分氧化物且相对平整,提高了CdZnTe外延膜的结晶质量,在双晶X射线摇摆曲线中的半峰全宽为94″,接近已报道的块体CdZnTe晶体的结晶质量。 展开更多

关键词 CDZNTE GASB 外延生长 薄膜 物理气相沉积 热处理 半导体

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ACRT技术对大尺寸ZnTe晶体溶液法制备及其性能影响 被引量：2

8

作者 孙晗 李文俊 +4 位作者 贾子璇 张岩 殷利迎 介万奇 徐亚东 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期310-315,共6页

太赫兹(Terahertz,THz)技术在工业无损检测、科学研究和军事领域发挥着越来越重要的作用。作为太赫兹产生和探测最常用的电光晶体材料,ZnTe晶体在生长中依然面临众多挑战。为了制备大尺寸、均匀性好、高性能的ZnTe单晶,本研究在温度梯... 太赫兹(Terahertz,THz)技术在工业无损检测、科学研究和军事领域发挥着越来越重要的作用。作为太赫兹产生和探测最常用的电光晶体材料,ZnTe晶体在生长中依然面临众多挑战。为了制备大尺寸、均匀性好、高性能的ZnTe单晶,本研究在温度梯度溶液法生长ZnTe晶体过程中引入坩埚旋转加速技术,制备具有高结晶质量的ZnTe晶体。模拟计算得到不同坩埚旋转速度下生长界面处对流场和溶质分布,研究了坩埚旋转对晶体生长过程中的固液界面稳定性和晶体内Te夹杂分布的影响规律,证明坩埚旋转加速技术可以有效地促进熔体流动,改善溶质传质能力,稳定溶液法晶体生长的固液界面,不仅避免出现尾部混合相区,也减少了ZnTe晶体内Te夹杂相的数量并减小其尺寸。通过进一步优化坩埚旋转参数,制备出具有较高结晶质量的大尺寸ZnTe晶体(ϕ60 mm)。同时,得益于晶体良好的均匀性,晶体对太赫兹的高响应区域超过90%,边缘效应小,满足太赫兹成像要求。研究表明,引入坩埚旋转加速技术为制备大尺寸ZnTe基电光晶体提供了新的思路。 展开更多

关键词 ZNTE 坩埚旋转加速技术 固液界面 太赫兹探测

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CdZnTe晶体热激电流谱分析 被引量：1

9

作者 符旭 王方宝 +2 位作者 徐凌燕 徐亚东 介万奇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期340-345,共6页

热激电流谱测试技术(TSC)是宽禁带半导体深能级缺陷非常有效的测试方法,能够精准获得缺陷类型,深度(E_(a,i)),浓度(N_i)以及俘获截面(σ_i)等重要物理信息。研究了基于变升温速率的Arrhenius公式作图法和同步多峰分析法(SIMPA)对热激电... 热激电流谱测试技术(TSC)是宽禁带半导体深能级缺陷非常有效的测试方法,能够精准获得缺陷类型,深度(E_(a,i)),浓度(N_i)以及俘获截面(σ_i)等重要物理信息。研究了基于变升温速率的Arrhenius公式作图法和同步多峰分析法(SIMPA)对热激电流谱数据处理的差异及影响规律。结果表明,Arrhenius公式作图法在陷阱能级深度确认方面较为准确,但需要通过多次变升温速率提高其准确性,实验操作周期较长,并且无法分解热激电流谱峰重叠的情况。相比之下,同步多峰分析法能够通过单次温度扫描的数据处理得到E_(a,i),N_i及σ_i等陷阱参数,所需实验周期较短。但β,E_(a,i),σ_i和载流子迁移率寿命积(μt)等参数的选择对谱峰的位置,幅值及峰宽影响较大。初值的设定对拟合结果和数据吻合程度影响显著。此外,红外透过成像结果表明,头部样品Te夹杂相的浓度较低且呈现明显的带状分布,而尾部样品夹杂相浓度呈均匀分布。通过对比不同样品的热激电流谱测试结果发现,尾部样品浅能级陷阱浓度远高于头部样品,且其低温光电导弛豫过程呈现明显的曲线变化规律。这一研究结果表明,Te夹杂相的分布及浓度可能会导致晶体内部浅能级缺陷的浓度变化,并且浅能级缺陷对光激发载流子的俘获时间更长,去俘获时间更短。 展开更多

关键词 碲锌镉 深能级缺陷 热激电流谱 Arrhenius方法 SIMPA方法

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氩气压对磁控溅射制备CdZnTe薄膜形貌、结构和电学特性的影响

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作者 席守智 介万奇 +9 位作者 王涛 查钢强 王奥秋 于晖 徐凌燕 张昊 杨帆 周伯儒 徐亚东 谷亚旭 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期4128-4133,共6页

采用Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te晶圆作为溅射靶材,利用射频磁控溅射法在FTO衬底上制备了CdZnTe薄膜。系统研究了溅射氩气压从0.08~1Pa的变化对CdZnTe薄膜的形貌、结构、成分和电学特性的影响。随着氩气压的降低,薄膜晶粒尺寸下降,形貌由柱状结... 采用Cd_(0.9)Zn_(0.1)Te晶圆作为溅射靶材,利用射频磁控溅射法在FTO衬底上制备了CdZnTe薄膜。系统研究了溅射氩气压从0.08~1Pa的变化对CdZnTe薄膜的形貌、结构、成分和电学特性的影响。随着氩气压的降低,薄膜晶粒尺寸下降,形貌由柱状结构转化为片状结构、再转化为细小的颗粒状结构。同时,CZT薄膜逐渐呈现(111)择优取向的闪锌矿结构,内应力减少,并且当气压降至0.5和0.3Pa时薄膜出现了ZnTe和Te相。薄膜中的Zn和Cd原子含量大于靶材中的对应原子含量。薄膜的方块电阻随着氩气压的降低先减少,后增大。而薄膜的载流子浓度和迁移率则随着氩气压降低呈现先增大后减小的趋势。 展开更多

关键词 磁控溅射 CZT薄膜 氩气压 平均自由程

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弛豫半导体的表征与应用研究进展

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作者 余竞一 介万奇 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期848-854,879,共8页

介电弛豫时间大于载流子寿命的半导体为弛豫半导体,反之为寿命半导体。因为介电弛豫时间正比于电阻率,所以弛豫半导体一般为高阻半导体,例如补偿半导体、非晶半导体或低温下的半导体。在弛豫半导体中,由于材料恢复电中性的过程慢于载流... 介电弛豫时间大于载流子寿命的半导体为弛豫半导体,反之为寿命半导体。因为介电弛豫时间正比于电阻率,所以弛豫半导体一般为高阻半导体,例如补偿半导体、非晶半导体或低温下的半导体。在弛豫半导体中,由于材料恢复电中性的过程慢于载流子浓度恢复质量作用定律的过程,所以必须考虑空间电荷,包括自由电荷和陷阱所带电荷,对载流子输运的影响。少子注入会导致弛豫半导体多子耗尽、寿命半导体多子增加;中性注入会导致弛豫半导体电子空穴分离、寿命半导体发生双极性输运。弛豫半导体的多子耗尽现象可用电流-电压测试和交流响应测试进行表征,发现其电流-电压特性由低电压下的扩展线性区和高电压下的超线性区构成,且受陷阱浓度影响。使用载流子动力学测试可直接观察到弛豫半导体中光注入电子和空穴的分离现象。弛豫半导体独特的电学性质在辐射探测器、抗辐照器件、光电导开关、温度传感器等领域有广阔的应用价值。 展开更多

关键词 弛豫半导体 寿命半导体 介电弛豫 少子注入 多子耗尽效应 光生载流子分离 双极性输运 电流-电压测试 辐射探测器

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