CZT缺陷研究技术课件.pptx

1、目录目录pCZT光学晶体及应用光学晶体及应用pCZT材料中的缺陷材料中的缺陷p常用缺陷研究方法常用缺陷研究方法 电子束诱生电流（电子束诱生电流（EBIC）深能级瞬态谱（深能级瞬态谱（DLTS）光致荧光谱（光致荧光谱（PL）p总结总结CZT光学晶体性质光学晶体性质高的平均原子序数（50）高的载流子迁移率（1000 cm2/Vs）高的电阻率（10101011/cm-1）室温下优良性能1234CZT光学晶体及其应用光学晶体及其应用工业辐射探测工业辐射探测射线暴射线暴探测探测手持手持探测器探测器嫦娥二号卫星嫦娥二号卫星医疗检测医疗检测晶体缺陷对材料的影响晶体缺陷对材料的影响+浅施主、浅受主浅施主、浅受

2、主复杂的深能级复杂的深能级LiMgSi位错位错Te反反位位Cd空位空位常见晶体缺陷常见晶体缺陷充当陷充当陷阱或复阱或复合中心合中心改变材料改变材料导电特性，导电特性，影响探测影响探测器性能器性能=晶体缺陷对材料的影响晶体缺陷对材料的影响对材料对材料导电特性导电特性影响影响位错位错晶界晶界等等点缺陷点缺陷研究研究常用缺陷研究方法常用缺陷研究方法热电效应谱热电效应谱（TEES）深能级深能级 瞬态谱瞬态谱（DLTSDLTS）电子束诱生电子束诱生电流（电流（EBIC）光电流技术光电流技术（LSC）热激电流谱热激电流谱（TSC）光致发光谱光致发光谱（PLPL）电子束诱生电流电子束诱生电流Electron

3、 Beam Induced Current-EBIC p原理原理电子束诱生电流电子射程样品吸收电子二次电子俄歇电子背散射电子特征X射线阴极荧光入射电子束电子束诱生电流电子束诱生电流EBIC电子束诱生电流电子束诱生电流EBICp原理原理价带导带电子束诱生电流电子束诱生电流EBICp测试系统测试系统扫描线圈冷却样品台电流放大器模数转换器计算机数模转换器硬盘存储器显示屏偏压线路电子束电子束诱生电流电子束诱生电流EBICp测试系统测试系统电子束诱生电流电子束诱生电流EBICp缺陷衬度缺陷衬度电子束照电子束照射射电子束诱电子束诱生电流生电流缺陷存在缺陷存在引入复合引入复合中心中心降低诱生降低诱生电流电流

4、产生产生明暗衬度明暗衬度电子束诱生电流电子束诱生电流EBICp缺陷衬度缺陷衬度 其中I0为远离缺陷区域（背景）所收集到的电流 Id为缺陷区域所收集到的电流同时同时 C正比于缺陷处多余载流子寿命正比于缺陷处多余载流子寿命 其中D为载流子扩散系数 实验表明，浅能级缺陷的EBIC 衬度会随着温度的降低而明显升高，而深能级缺陷的EBIC衬度会随着温度的降低而略有降低或变化不明显0d0=IICI1/CD定义定义电子束诱生电流电子束诱生电流EBICp缺陷衬度应用缺陷衬度应用对材料缺陷复合特缺陷复合特性性影响位错层错晶界杂质杂质定性研究定性研究电子束诱生电流电子束诱生电流EBICp缺陷衬度应用缺陷衬度应用S

5、E,EBSD and EBIC images of the ,R and SA GBs in the as-grown mc-Si:(a)SE;(b)EBSD;(c)EBIC_300 K and(d)EBIC_100 K深能级瞬态谱深能级瞬态谱Deep-Level Transient Spectrum-DLTS深能级瞬态谱深能级瞬态谱DLTSp背景背景电场Een深能级瞬态谱深能级瞬态谱DLTSp原理原理cpepcn深能级瞬态谱深能级瞬态谱DLTSp原理原理如果一些深能级陷阱中心存在于半如果一些深能级陷阱中心存在于半导体材料的导体材料的pn结、肖特基结或结、肖特基结或MOS结构的空间电荷区中，则

6、可以通过结构的空间电荷区中，则可以通过外加外加反向电压脉冲反向电压脉冲使得陷阱中心上使得陷阱中心上被束缚的载流子发生热发射过程，被束缚的载流子发生热发射过程，这样必然引起样品这样必然引起样品电容或电流的变电容或电流的变化化，最终通过测试电容或电流的瞬，最终通过测试电容或电流的瞬态变化来确定深能级中心的能级和态变化来确定深能级中心的能级和浓度。浓度。Vg+PNp原理原理深能级瞬态谱深能级瞬态谱DLTSWREcEFETEvWPEcEFETEv施加反向脉冲电压（施加反向脉冲电压（a）前（）前（b）后空间电荷区电荷变化情况）后空间电荷区电荷变化情况（a）（b）p原理原理深能级瞬态谱深能级瞬态谱DLTS

7、DLTS的测试原理的测试原理（a）（b）（a）深能级瞬态谱深能级瞬态谱DLTSp原理原理sD0dqN=2()RCAVVsDsD00ddqN)qN=2()2()2TTRRDNNCAACVVVVN（sDsD00ddqN)qN=2()2()2TTRRDNNCAACVVVVN（对于对于N型材料型材料l若为多数载流子即电子陷阱若为多数载流子即电子陷阱l若为少数载流子即空穴陷阱若为少数载流子即空穴陷阱p原理原理 从而有从而有 根据陷获时动态平衡根据陷获时动态平衡 及及()11 exptTN TENkT深能级瞬态谱深能级瞬态谱DLTS002TDCNNC()()ntnTte N tc n NN t2()lnl

8、n()nne TETkT 从而得从而得ArrheniusArrhenius公式公式深能级瞬态谱深能级瞬态谱DLTSp测试系统测试系统北京师范大学辐射技术开发应用实验室深能级瞬态谱深能级瞬态谱DLTSp应用应用俘获截面俘获截面能级位置能级位置陷阱浓度陷阱浓度陷阱深度分布陷阱深度分布扩展缺陷扩展缺陷p应用应用深能级瞬态谱深能级瞬态谱DLTSDefect information for CZT-IIR by using DLTSp应用应用深能级瞬态谱深能级瞬态谱DLTSArrhenius plots of defect information for CZT-IIR.光致荧光谱光致荧光谱Photol

9、uminecience Spectrum-PLp原理原理光致荧光谱光致荧光谱PL光致荧光谱光致荧光谱PLp原理原理1 带间复合2 自由激子复合3 本征带浅杂质复合4 施主受主复合5 束缚激子复合6 深能级复合辐射辐射复合复合主要主要形式形式p带间复合带间复合直接带隙直接带隙光致荧光谱光致荧光谱PLp自由激子复合自由激子复合直接带隙直接带隙激子是电子和空穴由于库仑激子是电子和空穴由于库仑 相互作用而结合在一起的电相互作用而结合在一起的电 中性粒子，即束缚在一起的中性粒子，即束缚在一起的 电子电子-空穴对。空穴对。其中其中E Eexex 为自由激子电离能为自由激子电离能 光致荧光谱光致荧光谱PLg

10、exhEEp本征带本征带浅杂质复合浅杂质复合v 导带电子通过禁带中的浅施主能导带电子通过禁带中的浅施主能级与价带空穴复合，或者价带的级与价带空穴复合，或者价带的空穴通过浅受主能级与导带电子空穴通过浅受主能级与导带电子复合，因而发射光子的能量要小复合，因而发射光子的能量要小于禁带宽度。于禁带宽度。v 但由于这些浅杂质能级的电离能但由于这些浅杂质能级的电离能很小，当杂质浓度较大时，这些很小，当杂质浓度较大时，这些杂质能级会并入导带或价带，其杂质能级会并入导带或价带，其辐射光发光有时很难和带间辐射辐射光发光有时很难和带间辐射区分。区分。光致荧光谱光致荧光谱PLp施主施主-受主对复合受主对复合施主能级

11、上的电子与受主能级上的施主能级上的电子与受主能级上的空穴间的复合，其辐射发射光子的空穴间的复合，其辐射发射光子的 能量为能量为 半导体材料的介电常数半导体材料的介电常数r 进行复合的施主与受主间的距离进行复合的施主与受主间的距离光致荧光谱光致荧光谱PL2()GADehEEErp束缚激子复合束缚激子复合当束缚激子复合时，也会当束缚激子复合时，也会发射光子。同自由激子相发射光子。同自由激子相比，束缚激子发射的光子比，束缚激子发射的光子能量稍低，谱线宽度窄，能量稍低，谱线宽度窄，发光强度随着束缚中心的发光强度随着束缚中心的浓度变化。浓度变化。光致荧光谱光致荧光谱PL光致荧光谱光致荧光谱PLp测试系统

12、测试系统光致荧光谱光致荧光谱PLpPL谱类型谱类型激发波长不变，测量发射荧光不同波长处强度变化激发波长变化，测量特定荧光波长处强度的变化脉冲激发，测量特定波长的荧光强度随时间变化情况1发射谱发射谱2激发谱激发谱3瞬态谱瞬态谱光致荧光谱光致荧光谱PLp变温变温PL激发谱激发谱（a）Photoluminescence spectra from tip and heel of the ingot and（b）related map of zinc concentration 总结总结材料导电特性的影响材料导电特性的影响生长参数控制掺杂材料中缺陷材料中缺陷浓度能带位置多种测试技术多种测试技术结合对比理想的光学晶体性能理想的光学晶体性能