Вплив радіаційних дефектів на електрофізичні та детекторні властивості CdTe:Cl, опроміненого нейтронами

Анотація

Перспективним матеріалом для напівпровідникових детекторів іонізуючих випромінювань є CdTe:Cl, який дозволяє одержувати детектори з великими питомим опором ρ та електронною рухливістю μ_n. В процесі експлуатації детекторні матеріали можуть піддаватися впливу нейтронного опромінення, в результаті чого в кристалічній решітці виникають радіаційні дефекти, а в забороненій зоні з’являються глибокі рівні, які діють як центри захоплення та рекомбінації нерівноважних носіїв заряду, знижуючи реєстраційну здатність детектора.
Метою даної роботи було дослідження методом комп’ютерного моделювання механізмів впливу радіаційних дефектів, що виникають під дією нейтронного опромінення, на електрофізичні властивості (ρ, μ_n) CdTe:Cl та ефективність збору зарядів η детекторів випромінювань на основі цього матеріалу.
Моделювання проводилось на основі апробованих на достовірність моделей. Було встановлено, що підвищення питомого опору ρ CdTe:Cl при його бомбардуванні низькоенергетичними нейтронами і на початкових стадіях бомбардування високоенергетичними нейтронами викликано збільшенням концентрації радіаційних донорних дефектів Z (з рівнем енергії E_С – 0.47 еВ), ймовірно міжвузельного телуру, який зміщує рівень Фермі в середину забороненої зони. Різкий стрибок ρ, який спостерігається при бомбардуванні високоенергетичними нейтронами, ймовірно викликаний перебудовою кристалічної структури детекторного матеріалу зі зміною постійної решітки та збільшенням ширини забороненої зони, що супроводжуються зміною властивостей провідності. Деградація детекторних властивостей CdTe:Cl при опроміненні нейтронами відбувається внаслідок захоплення і рекомбінації нерівноважних електронів на радіаційних дефектах: на міжвузельному Te, на телурі на місці кадмію, на вакансіях телуру та вакансіях кадмію. Деградація електронної рухливості може бути викликана розсіюванням електронів на мікроскопічних областях скупчень радіаційних дефектів. При рівномірному розподілі дефектів по об’єму кристала підвищення їхньої концентрації аж до 10¹⁶ см^–3 істотно не впливає на електронну рухливість за кімнатної температури.