Главная
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2022, № 1-3, с. 31-38.
DOI: 10.15222/TKEA2022.1-3.31
УДК 621.315.592.3
Вплив домішок і дефектів структури на властивості детекторів на основі CdTe та CdZnTe
(українською мовою)
Кондрик О. І.1, Ковтун Г. П.1,2

Україна, 1ННЦ «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України, 2Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна.

Методом комп'ютерного моделювання досліджено вплив легувальних та фонових домішок на прикладі Cl, Fe, Pb, Cr, Co, Ti, V, Ni, Ge, Sn на електрофізичні та детекторні властивості CdTe та Cd0,9Zn0,1Te. З'ясовано вплив вакансій кадмію, донорних домішок, скупчень домішок на деградацію питомого опору та ефективності збору зарядів детекторів іонізуючих випромінювань на основі досліджених матеріалів. Встановлено вплив рівня Фермі та рівнів енергії дефектів на зміну та деградацію властивостей досліджуваних матеріалів.

Ключові слова: телурид кадмію, CdZnTe, детекторні властивості, моделювання, глибокі рівні.

Дата подання рукопису 11.02 2022
Використані джерела
  1. Radiation Detection Systems. Sensor Materials, Systems Technology and Characterization Measurements. 2nd edition. Edited by: Iwanczyk J. S., Iniewski K. CRC Press Taylor & Francis Group, 2021, 323 p.
  2. Caroli E., Moita M., Rui M. Curado da Silva et al. Hard X-ray and soft gamma ray polarimetry with CdTe/CZT spectro-imager. Review. Galaxies, 2018, vol. 6, iss. 3, pр. 69–85. https://doi:10.3390/galaxies6030069
  3. Gazizov I. M., Smirnov A. A. Spectral analysis of the photoconductivity for characterization of CdTe и CdZnTe detectors. J. Phys.: Conf. Ser. 2021, vol. 2127, id. 012041, 12 p. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2127/1/012041
  4. Chan Rok Park, Seong-Hyeon Kang, Youngjin Lee. Similarity analysis of pixelated CdTe semiconductor gamma camera image using a quadrant bar phantom for nuclear medicine: Monte Carlo simulation study. Nucl. Eng. and Tech., 2021, vol. 53, iss. 6, pp. 1947–1954. https://doi.org/10.1016/j.net.2020.12.010
  5. Abbaspour S., Mahmoudian B., Islamian J. P. Cadmium telluride semiconductor detector for improved spatial and energy resolution radioisotopic imaging. World J. Nucl. Med., 2017, vol. 16, iss. 2, pp. 101–107. https://doi.org/10.4103/1450-1147.203079
  6. Dubos S., Lemaire H., Schanne S. et al. ORIGAMIX, a CdTe-based spectro-imager development for nuclear applications. Nucl. Instrum. Meth. A, 2015, vol. 787, pp. 302–307. https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.12.111
  7. Johns P. M., Nino J. C. Room temperature semiconductor detectors for nuclear security. J. Appl. Phys. 2019, vol. 126, iss. 4, pp. 040902-1— 040902-20. https://doi.org/doi:10.1063/1.5091805
  8. Okamoto T., Igari T., Fukui T. et al. Gamma-ray irradiation effects on CdTe solar cell dosimeter. Jpn. J. Appl. Phys. 2021, vol. 60, pp. SBBF02-1–SBBF02-5. https://doi.org/10.35848/1347-4065/abd6d8
  9. McCoy J. J., Kakkireni S., Gilvey Z. H. et al. Overcoming Mobility Lifetime Product Limitations in Vertical Bridgman Production of Cadmium Zinc Telluride Detectors. J. Electron. Mater. 2019, vol. 48, iss. 7, pp. 4226–4234. https://doi.org/10.1007/s11664-019-07196-5
  10. Nan R., Wang T., Xu G. et al. Compensation processes in high-resistivity CdZnTe crystals doped with In/Al. J. Cryst. Growth, 2016, vol. 451, pp. 150–154. https://doi.org/doi:10.1016/j.jcrysgro.2016.07.032
  11. Колобов Г.А., Карпенко А.В. Рафинирование легких редких, редкоземельных и радиоактивных металлов. Вопросы атомной науки и техники, 2016, т. 101, № 1, с. 3–9.
  12. Novikov G. F., Radychev N. A. Experimental determination of the dependence of the free electron-hole recombination rate constant on the band gap in semiconductors of the AIIBVI and AIBVII types. Russ. Chem. Bull., 2007, vol. 56, рp. 890–894. https://doi.org/10.1007/s11172-007-0134-9
  13. Shockley W., Read W. T. Statistics of the recombinations of holes and electrons. Phys. Rev., 1952, vol. 87, iss. 5, pp. 835–842. https://doi.org/10.1103/PhysRev.87.835
  14. Fraboni B., Pasquini L., Castaldini A. et al. X-ray irradiation effects on the trapping pro-perties of Cd1-xZnxTe detectors. J. Appl. Phys., 2009, vol. 106, iss. 9, pp. 093713-1 - 093713-6. https://doi.org/10.1063/1.3253748
  15. Nan R., Jie W., Zha G. et al. Irradiation-Induced Defects in Cd0,9Zn0,1Te:Al. J. Electron. Mater. 2012, vol. 41, iss. 11, рp. 2044–2049. https://doi.org/doi:10.1007/s11664-012-2204-5
  16. Xu L., Jie W., Zha G. et al. Radiation damage on CdZnTe:In crystals under high dose 60Co γ-rays. CrystEngComm, 2013, vol. 15, iss. 47, pp. 10304–10310. https://doi.org/10.1039/c3ce41734d
  17. Cavallini A., Fraboni B. Defective states induced in CdTe and CdZnTe detectors by high and low energy neutron irradiation. J. Appl. Phys. 2003, vol. 94, iss. 5, pр. 3135–3142. https://dx.doi.org/10.1063/1.1600529
  18. Nan R., Jie W., Zha G. et al. Determination of trap levels in CZT:In by thermally stimu-lated current spectroscopy. T. Nonferr. Metal. Soc., 2012, vol. 22, pp. s148 – s152. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(12)61700-2
  19. 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. https://dx.doi.org/10.15222/TKEA2019.5-6.43
  20. Glenn F. Knoll. Radiation Detection and Measurement, 4th edition. John Wiley & Sons, Inc., 2010, 829 p.
  21. Cavallini A., Fraboni B., Auricchio N. et al. Irradiation-induced defects in CdTe and CdZnTe detectors. Nucl. Instrum. Meth. A. 2001, vol. 458, iss. 1–2, pp. 392–399. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(00)00931-1
  22. Cavallini A., Fraboni B., Dusi W. et al. Radiation effects on II–VI compound-based detectors, Nucl. Instrum. Meth. A. 2002, vol. 476, iss. 3, pp. 770–778. https://doi.org/10.1016/S0168-9002(01)01674-6
  23. Cavallini A., Fraboni B., Dusi W. et. al. Deep levels and compensation in γ-irradiated CdZnTe. Appl. Phys. Lett. 2000, vol. 77, iss. 20, p. 3212–3216. https://doi.org/10.1063/1.1324980
  24. Hofmann D. M., Stadler W., Christmann P., Meyer B. K. Defects in CdTe and Cd1-xZnxTe. Nucl., Instrum. Meth. A, 1996, vol. 380, iss. 1-2, pp. 117-120. https://dx.doi.org/10.1016/S0168-9002(96)00287-2
  25. Kavanagh S. R., Walsh A., Scanlon D. O. Rapid Recombination by Cadmium Vacancies in CdTe. ACS Energy Lett., 2021, vol. 6, pр. 1392-1398. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsenergylett.1c00380
  26. Кондрик А. И., Ковтун Г. П. Влияние радиационных дефектов на электрофизические и детекторные свойства CdTe:Cl, облученного нейтронами. Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2020, № 1-2, с. 22-29. https://dx.doi.org/10.15222/TKEA2020.1-2.22 [Rus]
  27. Neumark G. F. Achievement of well conducting wide band-gap semiconductors: Role of solubility and of nonequilibrium impurity incorporation. Phys. Rev. Lett. 1989, vol. 62, iss. 15, рp. 1800-1803. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.62.1800