Главная
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2020, № 1-2, с. 22-29.
DOI: 10.15222/TKEA2020.1-2.22
УДК 621.315.592.3
Вплив радіаційних дефектів на електрофізичні та детекторні властивості CdTe:Cl, опроміненого нейтронами
(російською мовою)
Кондрик О. І.1, Ковтун Г. П.1,2

Україна, м. Харків, 1ННЦ «ХФТІ» НАН України, 2Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна.

Перспективним матеріалом для напівпровідникових детекторів іонізуючих випромінювань є CdTe:Cl, який дозволяє одержувати детектори з великими питомим опором ρ та електронною рухливістю μn. 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, μn) 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 EС - 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.

Ключові слова: CdTe:Cl, детектори, моделювання, опромінення нейтронами, дефекти, глибокі рівні, збір зарядів.

Дата подання рукопису 11.02 2020
Використані джерела
  1. Knoll G. F. Radiation detection and measurement. John Wiley & Sons, Inc., 2010, 829 p.
  2. Csaba Szeles. CdZnTe and CdTe materials for X-ray and gamma ray radiation detector applications. Physica Status Solidi (b), 2004, vol. 241, iss. 3, pp. 783-790. http://dx.doi.org/10.1002/pssb.200304296
  3. Jambi L.K., Lees J.E., Bugby S. et al. Evaluation of XRI-UNO CdTe detector for nuclear medical imaging. Journal of Instrumentation, 2015, no. 10, P06012. http://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/10/06/P06012
  4. Samira Abbaspour, Babak Mahmoudian, Jalil Pirayesh Islamian. Cadmium telluride semiconductor detector for improved spatial and energy resolution radioisotopic imaging. World J. Nucl. Medicine, 2017, no. 16 (2), pp. 101-107. http://dx.doi.org/10.4103/1450-1147.203079
  5. Fraboni B., Cavallini A., Auricchio N., Bianconi M. Deep traps induced by 700 keV protons in CdTe and CdZnTe detectors. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2007, vol. 54, iss. 4, pp. 828-833. http://dx.doi.org/10.1109/TNS.2007.902364
  6. Lamb D. A., Underwood C. I., Barriozet V. al. Proton irradiation of CdTe thin film photovoltaics deposited on cerium-doped space glass. Progress in Photovoltaics, 2017, vol. 25, iss. 12, pp. 10059-1067. http://dx.doi.org/10.1002/pip.2923
  7. Xianf Chen, He-tong Han, Gang Li, Yi Lu. Accumulative dose response of CdZnTe detectors to 14.1 MeV neutrons. Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. Sec. B, 2017, vol. 394, pp. 97-102. http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2017.01.001
  8. Пляцко С. В., Рашковецкий Л. В. Глубокие центры радиационных дефектов в монокристаллах CdZnTe, созданные потоком быстрых нейтронов. Физика и техника полупроводников, 2018, т. 52, вып. 3, c. 322-326. http://dx.doi.org/10.21883/FTP.2018.03.45615.8373 (Rus)
  9. Miyamaru H., Fujii K., Iida T., Takahashi A. Effect of fast neutron irradiation on CdTe radiation detectors. Journal of Nuclear Science and Technology, 1997, vol. 34, no. 8, pp. 755-759. http://dx.doi.org/10.1080/18811248.1997.9733739
  10. Cavallini A., Fraboni B. Defective states induced in CdTe and CdZnTe detectors by high and low energy neutron irradiation. Journal of Applied Physics, 2003, vol. 94, no. 5, pp. 3135-3142. http://dx.doi.org/10.1063/1.1600529
  11. Loginov Yu. Yu., Mozzherin A. V., Paklin N. N. Modeling structural defect formation in cadmium telluride during electron irradiation. 21st Int. Scientific Conference Reshetnev Readings-2017. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2019, vol. 467, pp. 012007. http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/467/1/012007
  12. Кондрик А. И. Детекторные свойства Cd0.9Z0.1Te:Al под влиянием γ-облучения малой дозы. Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2016, № 1, c. 12-19. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2016.1.12 (Rus)
  13. Karunathan R., Mohanraj K., Chandrasekaran J., Babu B. Effect of gamma irradiation on structural properties of CdTe thin films. Chemical Letters, 2018, vol. 1, iss. 1, pp. 19-22. http://dx.doi.org/10.26524/cl1814
  14. Kumar S., Kumar M. V., Pattabi M. et al. Effect of gamma irradiation on electrical properties of CdTe/CdS solar cells. Materials Today: Proceedings, 2018, vol. 5, iss. 10, part 3, pp. 22570-22575. http://dx.doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.630
  15. Fraboni B., Pasquini L., Castaldini A. et al. X-ray irradiation effects on the trapping properties of Cd1-xZnxTe detectors. J. Appl. Phys. 2009, vol. 106, pp. 093713. http://dx.doi.org/10.1063/1.3253748
  16. Dreier Erik Schou, Kehres Jan, Khalil Mohamad et al. Spectral correction algorithm for multispectral CdTe X-ray detectors. Optical Engineering, 2018, vol. 57, no. 5, pp. 054117-1- 054117-13. http://dx.doi.org/10.1117/1.OE.57.5.054117
  17. Miyamaru H., Iida T., Takahashi A. Improvement of radiation response characteristic on CdTe detectors using fast neutron irradiation. Journal of Nuclear Science and Technology, 1999, vol. 36, iss. 1, pp. 54-60. http://dx.doi.org/10.1080/18811248.1999.9726181
  18. Кондрик А. И., Ковтун Г. П. Влияние примесей и структурных дефектов на электрофизические и детекторные свойства CdTe и CdZnTe. Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2019, № 5-6, с. 43-50. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2019.5-6.43 (Rus)
  19. Hofmann D. M., Stadler W., Christmann P., Meyer B. K. Defects in CdTe and Cd1-xZnxTe. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A, 1996, vol. 380, iss. 1-2, pp. 117-120. http://dx.doi.org/10.10.1016/S0168-9002(96)00287-2
  20. Fraboni B., Cavallini A., Dusi W. Damage induced by ionizing radiation on CdZnTe and CdTe detectors. Nuclear Science, IEEE Transactions, 2004, vol. 51, iss. 3, pp. 1209-1215. http://dx.doi.org/10.1109/TNS.2004.829445
  21. Ruihua Nan, Tao Wang, Gang Xu et al. Compensation processes in high-resistivity Cd1-xZnxTe crystals doped with In/Al. Journal of Crystal Growth, 2016, vol. 451, pp. 150-154. http://dx.doi.org/10.1088/1674-4926/30/8/082002
  22. Nan Rui-hua1, Jie Wan-qi1, Zha Gang-qiang et al. Determination of trap levels in CZT:In by thermally stimulated current spectroscopy. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2012, vol. 22, pp. s148-s152. http://dx.doi.org/10.1016/S1003-6326(12)61700-2