《室溫核探測材料CdZnTe及其器件的設計與製備研究》是依託上海大學，由王林軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：室溫核探測材料CdZnTe及其器件的設計與製備研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王林軍
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
當前社會，在國家安全防務、核廢料監控、機場與港口安全檢測、天體物理研究、醫學和生命科學等領域迫切需要開發新型核輻射探測材料與器件技術。基於半導體CdZnTe（CZT）晶體的核探測技術，引起了研究和產業領域的廣泛關注。研究表明，CZT探測器的性能很大程度上取決於材料的缺陷和表面/界面行為，以及器件的結構設計。 本項目將採用第一性原理方法計算Zn成分變化對CZT基本物理性質的影響，獲得適應不同套用領域CZT合適的Zn成分範圍；研究缺陷結構、能級位置、形成能及對載流子輸運性能的影響；研究表面缺陷和吸附、電極/CZT界面對探測器性能的影響。採用有限元和蒙特卡羅方法模擬分析探測器幾何結構對器件性能的影響，實現對器件結構的最佳化設計。根據設計結果，最終製備出探測器級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展打下基礎，並使這一領域的研究水平能迅速躋身於世界先進水平。
結題摘要
本項目根據研究計畫，在CdTe基半導體的能帶調製及其合金性質的研究、電極材料與CdZnTe的界面性質、晶體生長和探測器製備研究方面取得了重大進展。首先，基於密度泛函理論(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，計算了閃鋅礦結構的CdTe體材料的光學特性、Cd空位、 Te反位和Te間隙缺陷的形成能、缺陷能級和態密度。其次，研究了電極材料與CdZnTe的界面性質及其擴散機制。採用改進的垂直布里奇曼法和溶劑熔區移動法製備了CdZnTe單晶，對CdZnTe晶體(111)B面進行Au/Zn電極製備和退火研究。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。採用近空間升華（CSS）方法在FTO導電玻璃上製備了高質量、高電阻率的探測器級CdZnTe厚膜。製成了Au/graphene/CdZnTe/FTO光導結構。設計glass/Cr/Au/CZT/Au多層複合結構，研究對稱電極的光電性能。採用電子束蒸發法在CdZnTe薄膜上製備了Au/GZO複合電極，確定了電極工藝對Au/CdZnTe 光導結構性能的影響規律。再次，研究了垂直布里奇曼法晶體生長後期降溫過程中的原位熱處理工藝，首次提出在晶體生長後期的降溫過程中採用三階段的原位熱處理工藝的思路，電阻率超過了1010Ω•cm，對[email protected]射線源的能譜回響提高了6.01%。採用溶劑熔區移動法在800°C、840°C和880°C製備CdZnTe單晶，討論了不同製備溫度對溶劑熔區移動法晶體性能的影響。利用穩態光電導技術表征載流子的運輸性能，研究了不同輻射強度、不同溫度對載流子輸運性能的影響。最終製備出高質量的探測器級CdZnTe晶體，最優樣品已達到申請書提出的指標。實現了在製備出探測器級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。
