Ви є тут

Детектори на основі напівпровідникових сполук CdTe і CdZnTe для дозиметрії іонізуючого випромінювання

Автор: 
Рибка Олександр Вікторович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2003
Артикул:
3403U001801
129 грн
Додати в кошик

Вміст

раздел 2.3).
Для уравнение дает ВАХ контакта, близкую к линейной:

Контакты такого типа - омические. Их сопротивление пренебрежимо мало по отношению к сопротивлению таких полуизолирующих полупроводников как CdTe или CdZnTe. Применяя , для сопротивления контакта при нулевом смещении получаем

.

При использовании омических контактов электрическое поле внутри полупроводникового кристалла достаточно однородно, так как приложенное напряжение смещения распространяется на весь объем детектора. Кроме того, преимущества омического контакта заключаются в уменьшении влияния захвата дырок на формирование сигнала в детекторе [87] и уменьшении влияния пространственного заряда (явление поляризации) в детекторе [88].
В структуре МПМ с омическими контактами наблюдается линейная и симметричная вольтамперная зависимость, отображающая сопротивление полупроводника. Омический контакт всегда обеспечивает термодинамически равновесную плотность и основных и неосновных носителей заряда, в результате на границе раздела не происходит накопление или истощение зарядов.
В противоположном случае, когда , ВАХ чрезвычайно нелинейная и совпадает с таковой для диода. Контакт в этом случае барьерный (выпрямляющий). При использовании барьерного контакта электрическое поле внутри полупроводникового кристалла весьма неоднородно, основное падение потенциала происходит в достаточно тонкой обедненной области. Несмотря на это, детекторы с блокирующими свойствами предпочтительней использовать для регистрации низкоэнергетичных фотонов, при этом обеспечиваются небольшие темновые токи [89, 90].
Тем не менее, при тех напряжениях смещения Uсм, при которых сопротивление полупроводника больше сопротивления контакта, последним можно пренебречь, и контакт с нелинейным сопротивлением можно считать условно омическим.
Оценим потенциальный барьер ?b контакта, считая, что нелинейность ВАХ системы МПМ, наблюдаемая для CdTe (CdZnTe) при очень больших напряжениях поля смещения, близких к полю пробоя Ebr, обусловлена нелинейным поведением ВАХ контакта МП. Это означает, что предпробойная плотность тока (на рис. 2.8 это Jbr ? 40 нА/см2) сравнивается с плотностью тока насыщения Js контакта МП, а сопротивление контакта становится сравнимым с сопротивлением ПП. Тогда из следует

Для Jbr ? 40 нА/см2, A* = 12 А/см2 К2 и T = 273 К, имеем e?b ? 0,72 эВ.
Отметим, что получение омических контактов на поверхности полупроводниковых соединений CdTe и CdZnTe является сложной задачей. Их качество определяется не только, и не столько энергией выхода металла и энергией сродства электрона в полупроводнике, как поверхностными уровнями дефектов полупроводника в приконтактной области. Так, в работе [91] платиновые контакты на CdZnTe кристалле n-типа оказались барьерными из-за тонкого промежуточного слоя диэлектрика (окисла) на поверхности полупроводника.
Для ППД планарной геометрии с величиной удельного сопротивления материала ? и омическими контактами темновой ток описывается выражением:
,

где S - площадь детектора.
Выражение использовалось для оценки величины темнового тока в зависимости от напряжения смещения при нахождении оптимальных, с точки зрения эффективности регистрации фотонов разных энергий, размеров детекторов.
На рис. 2.3 приведена ВАХ, а на рис. 2.4 - зависимость динамического сопротивления от приложенного напряжения для планарного детектора [16]. Линейность ВАХ и постоянство динамического сопротивления (в пределах погрешности измерения) присущи исследованным структурам МПМ, полученным химическим осаждением Au на травленую поверхность кристаллов (см. разд. 2.1). На поверхности полуизолирующего CdTe полупроводника CdTe (CdZnTe) р-типа создан омический электрический контакт, обеспечивающий термодинамически равновесную плотность как основных, так и неосновных носителей заряда, в результате чего на границе раздела не происходит накопления или истощения зарядов. При использовании омических контактов электрическое поле внутри полупроводникового кристалла однородно, весь объем кристалла используется эффективно, так как приложенное напряжение смещения распространяется на весь объем детектора. Это особенно важно для регистрации ?-излучения высокой энергии.
Можно предположить, что при реакции водного раствора AuCl3 с CdTe (CdZnTe) происходит передача ионов Cd2+ или Zn2+ в раствор. Для сохранения электрохимического равновесия происходит осаждение Au3+ ионов на поверхность CdZnTe пластины с избытком Te. Если три узла решетки, заполненные первоначально Cd2+ или Zn2+, замещаются двумя ионами Au3+, то создается одна Cd или Zn вакансия. Присутствие этих дефектов придает поверхности p+-тип проводимости, что уменьшает высоту контактного барьера на границе раздела МП.
ис. 2.3

Рис. 2.3. Зависимость темнового тока от напряжения смещения при малых напряжениях.
ис. 2.4

Рис. 2.4. Зависимость динамического сопротивления детектора от напряжения при малых напряжениях смещения.

Таким образом, химическое осаждение однородной и плотной пленки Au позволяет сформировать на гладкой протравленной поверхности СdТе и CdZnTe омические контакты хорошего качества.
ис. 2.5

Рис. 2.5. ВАХ CdTe детектора с удельным сопротивлением 108 Ом?см.

ис. 2.6

Рис. 2.6. ВАХ Cd0.8Zn0.2Te детектора с удельным сопротивлением 1010 Ом?см.

На рис. 2.5 и 2.6 представлены типичные ВАХ детекторов из выращенных различными методами слитков разного состава. Темновой ток СdZnТe меньше, чем у СdТе из-за более высокого начального удельного сопротивления, и вольт-амперные кривые СdZnТe имеют более линейный характер.
Полученные результаты показывают, что в структуре МПМ наблюдается линейная и симметричная вольт-амперная зависимость. Величины темновых токов соответствуют сопротивлению полупроводников СdТе или СdZnТe, расположенных между металлическими электродами. Темновые ток