CZT缺陷研究技術(shù)課件

目錄CZT光學(xué)晶體及應(yīng)用CZT材料中的缺陷常用缺陷研究方法—電子束誘生電流（EBIC）—深能級瞬態(tài)譜（DLTS）

—光致熒光譜（PL）總結(jié)目錄CZT光學(xué)晶體及應(yīng)用1CZT光學(xué)晶體性質(zhì)高的平均原子序數(shù)（~50）高的載流子遷移率（μτ~1000cm2/Vs）高的電阻率（1010~1011Ω/cm-1）室溫下優(yōu)良性能1234CZT光學(xué)晶體性質(zhì)高的平均原子序數(shù)（~50）高的載流子遷移率2CZT光學(xué)晶體及其應(yīng)用工業(yè)輻射探測γ射線暴探測手持γ探測器嫦娥二號衛(wèi)星醫(yī)療檢測CZT光學(xué)晶體及其應(yīng)用工業(yè)輻射探測γ射線暴手持γ探測器嫦娥二3晶體缺陷對材料的影響+FeNaAlSiMgLi淺施主、淺受主復(fù)雜的深能級雜質(zhì)Mn位錯……Te反位Cd空位晶體缺陷常見晶體缺陷充當(dāng)陷阱或復(fù)合中心改變材料導(dǎo)電特性，影響探測器性能=晶體缺陷對材料的影響+FeNaAlSiMgLi淺施主、淺受主4晶體缺陷對材料的影響對材料導(dǎo)電特性影響位錯晶界等點缺陷研究對于提高探測器性能具有重要意義晶體缺陷對材料的影響對材料位錯點缺陷研究對于提高探測器性能具5常用缺陷研究方法熱電效應(yīng)譜（TEES）

深能級瞬態(tài)譜（DLTS）電子束誘生電流（EBIC）光電流技術(shù)（LSC）熱激電流譜（TSC）光致發(fā)光譜（PL）常用缺陷研究方法熱電效應(yīng)譜深能級電子束誘生光電流6電子束誘生電流ElectronBeamInducedCurrent-EBICCZT缺陷研究技術(shù)課件7原理電子束誘生電流電子射程樣品吸收電子二次電子俄歇電子背散射電子特征X射線陰極熒光入射電子束電子束誘生電流——EBIC原理電子束誘生電流電子射程樣品吸收電子二次電子俄歇電子背散射8電子束誘生電流——EBIC原理價帶導(dǎo)帶電子束誘生電流——EBIC原理價帶導(dǎo)帶9電子束誘生電流——EBIC測試系統(tǒng)掃描線圈冷卻樣品臺電流放大器模數(shù)轉(zhuǎn)換器計算機數(shù)模轉(zhuǎn)換器硬盤存儲器顯示屏偏壓線路電子束電子束誘生電流——EBIC測試系統(tǒng)掃描線圈冷卻樣品臺電流放大10電子束誘生電流——EBIC測試系統(tǒng)電子束誘生電流——EBIC測試系統(tǒng)11電子束誘生電流——EBIC缺陷襯度電子束照射電子束誘生電流缺陷存在引入復(fù)合中心降低誘生電流產(chǎn)生明暗襯度電子束誘生電流——EBIC缺陷襯度電子束照射電子束誘生電流缺12電子束誘生電流——EBIC缺陷襯度

其中I0為遠(yuǎn)離缺陷區(qū)域（背景）所收集到的電流

Id為缺陷區(qū)域所收集到的電流

同時C正比于缺陷處多余載流子壽命

其中D為載流子擴散系數(shù)

實驗表明，淺能級缺陷的EBIC襯度會隨著溫度的降低而明顯升高，

而深能級缺陷的EBIC襯度會隨著溫度的降低而略有降低或變化不明顯定義電子束誘生電流——EBIC缺陷襯度定義13電子束誘生電流——EBIC缺陷襯度應(yīng)用對材料缺陷復(fù)合特性影響位錯層錯晶界雜質(zhì)定性研究電子束誘生電流——EBIC缺陷襯度應(yīng)用對材料位錯層錯晶界雜質(zhì)14電子束誘生電流——EBIC缺陷襯度應(yīng)用SE,EBSDandEBICimagesofthe,RandSAGBsintheas-grownmc-Si:(a)SE;(b)EBSD;(c)EBIC_300Kand(d)EBIC_100K電子束誘生電流——EBIC缺陷襯度應(yīng)用SE,EBSDan15深能級瞬態(tài)譜Deep-LevelTransientSpectrum-DLTSCZT缺陷研究技術(shù)課件16深能級瞬態(tài)譜——DLTS背景電場E深能級瞬態(tài)譜——DLTS背景電場E17en深能級瞬態(tài)譜——DLTS原理cpepcnen深能級瞬態(tài)譜——DLTS原理cpepcn18深能級瞬態(tài)譜——DLTS原理

如果一些深能級陷阱中心存在于半

導(dǎo)體材料的pn結(jié)、肖特基結(jié)或MOS

結(jié)構(gòu)的空間電荷區(qū)中，則可以通過

外加反向電壓脈沖使得陷阱中心上

被束縛的載流子發(fā)生熱發(fā)射過程，

這樣必然引起樣品電容或電流的變

化，最終通過測試電容或電流的瞬

態(tài)變化來確定深能級中心的能級和

濃度。Vg+++++++———————PN深能級瞬態(tài)譜——DLTS原理Vg+++++++———————19原理深能級瞬態(tài)譜——DLTSWREcEFETEvWPEcEFETEv施加反向脈沖電壓（a）前（b）后空間電荷區(qū)電荷變化情況（a）（b）原理深能級瞬態(tài)譜——DLTSWREcEFETEvWPEcEF20原理深能級瞬態(tài)譜——DLTSDLTS的測試原理（a）（b）（a）原理深能級瞬態(tài)譜——DLTSDLTS的測試原理（a）（b）（21深能級瞬態(tài)譜——DLTS原理對于N型材料若為多數(shù)載流子即電子陷阱若為少數(shù)載流子即空穴陷阱深能級瞬態(tài)譜——DLTS原理對于N型材料若為多數(shù)載流子即電子22原理

從而有

根據(jù)陷獲時動態(tài)平衡

及深能級瞬態(tài)譜——DLTS從而得Arrhenius公式原理深能級瞬態(tài)譜——DLTS從而得Arrhenius公式23深能級瞬態(tài)譜——DLTS測試系統(tǒng)

北京師范大學(xué)輻射技術(shù)開發(fā)應(yīng)用實驗室深能級瞬態(tài)譜——DLTS測試系統(tǒng)北京師范大學(xué)輻射技術(shù)開發(fā)應(yīng)用24深能級瞬態(tài)譜——DLTS應(yīng)用俘獲截面能級位置陷阱濃度陷阱深度分布擴展缺陷深能級瞬態(tài)譜——DLTS應(yīng)用俘獲截面能級位置陷阱濃度陷阱深度25應(yīng)用深能級瞬態(tài)譜——DLTSDefectinformationforCZT-IIRbyusingDLTS應(yīng)用深能級瞬態(tài)譜——DLTSDefectinformati26應(yīng)用深能級瞬態(tài)譜——DLTSArrheniusplotsofdefectinformationforCZT-IIR.應(yīng)用深能級瞬態(tài)譜——DLTSArrheniusplots27光致熒光譜PhotoluminecienceSpectrum-PLCZT缺陷研究技術(shù)課件28原理光致熒光譜——PL原理光致熒光譜——PL29光致熒光譜——PL原理1帶間復(fù)合2自由激子復(fù)合3本征帶—淺雜質(zhì)復(fù)合4施主—受主復(fù)合5束縛激子復(fù)合6深能級復(fù)合輻射復(fù)合主要形式光致熒光譜——PL原理1帶間復(fù)合2自由激子復(fù)合3本征帶—淺雜30帶間復(fù)合—直接帶隙光致熒光譜——PL帶間復(fù)合—直接帶隙光致熒光譜——PL31自由激子復(fù)合—直接帶隙

激子是電子和空穴由于庫侖

相互作用而結(jié)合在一起的電

中性粒子，即束縛在一起的

電子-空穴對。

其中Eex

為自由激子電離能

光致熒光譜——PL自由激子復(fù)合—直接帶隙光致熒光譜——PL32本征帶—淺雜質(zhì)復(fù)合導(dǎo)帶電子通過禁帶中的淺施主能

級與價帶空穴復(fù)合，或者價帶的

空穴通過淺受主能級與導(dǎo)帶電子

復(fù)合，因而發(fā)射光子的能量要小

于禁帶寬度。但由于這些淺雜質(zhì)能級的電離能

很小，當(dāng)雜質(zhì)濃度較大時，這些

雜質(zhì)能級會并入導(dǎo)帶或價帶，其

輻射光發(fā)光有時很難和帶間輻射

區(qū)分。光致熒光譜——PL本征帶—淺雜質(zhì)復(fù)合光致熒光譜——PL33施主-受主對復(fù)合

施主能級上的電子與受主能級上的

空穴間的復(fù)合，其輻射發(fā)射光子的

能量為

ε半導(dǎo)體材料的介電常數(shù)

r進(jìn)行復(fù)合的施主與受主間的距離光致熒光譜——PL施主-受主對復(fù)合光致熒光譜——PL34束縛激子復(fù)合

當(dāng)束縛激子復(fù)合時，也會

發(fā)射光子。同自由激子相

比，束縛激子發(fā)射的光子

能量稍低，譜線寬度窄，

發(fā)光強度隨著束縛中心的

濃度變化。

光致熒光譜——PL束縛激子復(fù)合光致熒光譜——PL35光致熒光譜——PL測試系統(tǒng)光致熒光譜——PL測試系統(tǒng)36光致熒光譜——PLPL譜類型激發(fā)波長不變，測量發(fā)射熒光不同波長處強度變化激發(fā)波長變化，測量特定熒光波長處強度的變化脈沖激發(fā)，測量特定波長的熒光強度隨時間變化情況1發(fā)射譜2激發(fā)譜3瞬態(tài)譜光致熒光譜——PLPL譜類型激發(fā)波長不變，測量發(fā)射熒光不同波37光致熒光譜——PL變溫PL激發(fā)譜（a）Photoluminescencespectrafromtipandhe