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碲锌镉探测器的制备及性能研究

碲锌镉探测器的制备及性能研究

作者：韦永林四川大学

学位级别：硕士

碲锌镉(CdZnTe)核辐射探测器具有能量分辨率高、本征探测效率高、可在常温下使用、体积小等优点,因此可广泛应用于核安全、环境监测、天体物理和医学成像等领域。目前,CdZnTe(CZT)探测器成为世界各国研究的热点之一。本文研究了光电导... 详细信息

碲锌镉(CdZnTe)核辐射探测器具有能量分辨率高、本征探测效率高、可在常温下使用、体积小等优点,因此可广泛应用于核安全、环境监测、天体物理和医学成像等领域。目前,CdZnTe(CZT)探测器成为世界各国研究的热点之一。本文研究了光电导型和面垒型CdZnTe 核辐射探测器的制备工艺及其性能表征。研究发现:对CdZnTe 晶片采用不同的处理方法,将会影响其电学性能。机械粗抛的晶片电阻率很低,溴甲醇腐蚀或H2O2钝化处理对粗抛的晶片能显著的提高其电阻率,但对精抛的晶片处理后其电阻率变小;对经过溴甲醇腐蚀后的晶片再进行H2O2钝化会降低腐蚀后晶片的电阻率;XPS 测试发现溴甲醇腐蚀后的晶片表面会形成富Te 层。对所制得的光电导型CdZnTe 探测器件进行I-V 特性测试,发现功函数小于P 型高阻CdZnTe 的金属Au、In 能与经过溴甲醇腐蚀过的CdZnTe 半导体形成欧姆接触,且金属沉积在半导体上后进行退火处理有利于欧姆接触的形成。I-T 特性测试发现,在探测器所用的CdZnTe 半导体材料内部离价带顶0.539eV 处有一深受主能级,即电子俘获能级。上述结果对CdZnTe 探测器的制备有较重要的新借鉴作用。对所制得的光电导型CdZnTe 探测器进行能谱测试,得到241Am59.5KeV 能峰的谱图,但分辨率还不够理想,估计是由于所用探测器材料内存在俘获能级,严重影响探测器对光生载流子的有效收集而造成。由于CdZnTe 生长温度高、热导率低、离子性强、堆垛层错能低等不利于晶体生长的因素,造成生长的单晶体内不可避免的存在缺陷,形成俘获能级,

关键词： CdZnTe 探测器光电导面垒制备工艺

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高阻紫外光阴极导电基底制备及性能

光学学报 2010年第4期30卷 1211-1216页

作者：赵菲菲赵宝升韦永林张兴华赛小锋邹玮中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室陕西西安710119 中国科学院研究生院北京100049

在MgF2基片上,采用电子束蒸发镀膜法制备了掺锡氧化铟（ITO）导电基底,研究了充氧及退火对ITO薄膜电阻及紫外透射比的影响。并与传统的金属导电基底Au和Cr进行了性能比较。用光学显微镜、四探针测试仪、高阻计、X射线衍射仪（XRD）和分... 详细信息

在MgF2基片上,采用电子束蒸发镀膜法制备了掺锡氧化铟（ITO）导电基底,研究了充氧及退火对ITO薄膜电阻及紫外透射比的影响。并与传统的金属导电基底Au和Cr进行了性能比较。用光学显微镜、四探针测试仪、高阻计、X射线衍射仪（XRD）和分光光度计分别测试了薄膜的表面形貌、方块电阻、形态结构和190～800 nm波段范围内薄膜的透射比曲线,得到方块电阻为10^7Ω左右时薄膜在200～400 nm波段内透射比的变化范围。实验结果表明,厚度相同时,充氧会增大ITO薄膜电阻;退火则会降低薄膜电阻并提高紫外透射比,薄膜结构由非晶态变为多晶态。方块电阻同为10^7Ω时,在200～400 nm波段充氧退火后ITO薄膜的平均透射比比Au,Cr的高10%。

关键词：薄膜光学导电基底真空沉积光学及电学性能像增强器

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碲锌镉单晶体的(110)面蚀坑形貌观察

人工晶体学报 2004年第2期33卷 180-183页

作者：高德友赵北君朱世富王瑞林魏昭荣李含冬韦永林唐世红四川大学材料科学系成都610064

本文报道了一种能够在室温下择优腐蚀碲锌镉(CZT)单晶体(110)晶面的腐蚀液配方,并对富Cd生长的CZT晶体蚀坑形貌进行了扫描电镜观察。结果表明晶体(110)面腐蚀坑形状为三角形,并初步对蚀坑的成因进行了分析,估算出CZT(110)面蚀坑密度约为... 详细信息

本文报道了一种能够在室温下择优腐蚀碲锌镉(CZT)单晶体(110)晶面的腐蚀液配方,并对富Cd生长的CZT晶体蚀坑形貌进行了扫描电镜观察。结果表明晶体(110)面腐蚀坑形状为三角形,并初步对蚀坑的成因进行了分析,估算出CZT(110)面蚀坑密度约为103～105/cm2数量级。这说明富Cd原料的改进布里奇曼法可以生长出低蚀坑密度的CZT单晶体。

关键词：碲锌镉单晶体 SEM形貌腐蚀坑密度布里奇曼法半导体材料

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CdZnTe晶体的缺陷能级分析

人工晶体学报 2004年第2期33卷 189-191页

作者：韦永林朱世富赵北君王瑞林高德友魏昭荣李含东唐世红四川大学材料科学系成都610064

通过测试富Cd原料无籽晶垂直布里奇曼法生长出的高阻Cd0.8Zn0.2Te(CZT)单晶体的I T特性曲线,利用热激活能原理来分析单晶体内的缺陷,结果得到晶体中有一个由镉空位引起的电子陷阱,其深度为0.539eV。由于俘获能级有较高的激活能,在常温下... 详细信息

通过测试富Cd原料无籽晶垂直布里奇曼法生长出的高阻Cd0.8Zn0.2Te(CZT)单晶体的I T特性曲线,利用热激活能原理来分析单晶体内的缺陷,结果得到晶体中有一个由镉空位引起的电子陷阱,其深度为0.539eV。由于俘获能级有较高的激活能,在常温下,价带上的载流子不会被激发,所以该晶体适用于制作室温核辐射探测器。另外还研究了CZT晶体在室温下的I V特性,测得采用该方法生长的CZT单晶体电阻率高达5.0×1010Ω·cm,制作的核辐射探测器在室温下获得了比较好的241Am59.5keV能谱。

关键词： CdZnTe晶体缺陷能级分析布里奇曼法激活能俘获能级电阻率碲锌镉单晶体

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8英寸MCP型光电倍增管的实验研究

真空科学与技术学报 2015年第10期35卷 1163-1168页

作者：陈亚玲田进寿辛丽伟刘虎林韦永林王兴陈琳陈萍中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049

研制了一套单光电子谱测试仪。对8英寸微通道板型光电倍增管(MCP-PMT)的性能指标进行了标定,包括单光电子谱的增益和峰谷比、光电阴极的均匀性。单光电子谱测试仪采用高精度QDC采集电荷谱。VME数据获取系统积分电荷谱得到单光电子谱。采... 详细信息

研制了一套单光电子谱测试仪。对8英寸微通道板型光电倍增管(MCP-PMT)的性能指标进行了标定,包括单光电子谱的增益和峰谷比、光电阴极的均匀性。单光电子谱测试仪采用高精度QDC采集电荷谱。VME数据获取系统积分电荷谱得到单光电子谱。采用LABVIEW的电流采样系统获得光电阴极某确定位置上光电流的I-V坪曲线。单光电子谱测试仪测得MCP-PMT在高压为2100 V、脉冲发生器的设置为脉冲宽度10 ns、采样频率1 k Hz、驱动电压1.735 V驱动LED光源时,单光电子谱的增益为2.5233×107、峰谷比值为2.78,光电阴极的非均匀性小于10%。实验测得的性能指标均满足中微子探测等实验要求。同时为20英寸MCP-PMT的成功研制奠定了理论设计及测试基础。

关键词：单光电子谱仪微通道板型光电倍增管 QDC 单光电子谱均匀性

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高量子效率碲化铯紫外日盲阴极研制

真空科学与技术学报 2012年第7期32卷 555-558页

作者：韦永林赵宝升赛小锋刘永安曹希斌中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室西安710119

碲化铯(Cs2Te)阴极是紫外探测器的重要组成部分,其研究的时间较早,在某些紫外探测领域得到了良好应用。但是,同时具有高量子效率及良好日盲特性的阴极制备工艺还需要进一步探索。本文采用电子束蒸发镀膜在石英窗上制备金属Ni膜作为Cs2T... 详细信息

碲化铯(Cs2Te)阴极是紫外探测器的重要组成部分,其研究的时间较早,在某些紫外探测领域得到了良好应用。但是,同时具有高量子效率及良好日盲特性的阴极制备工艺还需要进一步探索。本文采用电子束蒸发镀膜在石英窗上制备金属Ni膜作为Cs2Te阴极的导电基底,用四探针测试仪、高阻计和分光光度计研究了薄膜的方块电阻和透过率关系。在超高真空系统中进行Cs2Te阴极制备,研究Te膜厚度对阴极量子效率的影响关系。用X光能量色散谱分析Cs2Te光电阴极的组分,研究Cs量与阴极日盲特性的影响关系。结果表明,最佳Ni膜厚度为1.0 nm,其电阻为107Ω/□左右,其紫外波段透过率高达80%;Cs2Te阴极的Te膜厚度为2.0nm时,光电阴极量子效率达12%;当Cs2Te阴极中Cs过量,其波长响应向长波方向延伸,Cs欠量,阴极量子效率降低。

关键词： Cs2Te 紫外阴极真空蒸发量子效率日盲

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γ辐射对阻燃材料性能的影响

核动力工程 2005年第3期26卷 264-267页

作者：魏昭荣朱世富赵北君邹红杨文彬韦永林四川大学成都610064 中国核动力研究设计院核燃料及材料国家重点实验室成都610041

对核电站广泛使用的电缆防火涂料和有机防火堵料进行了耐γ辐射的研究。结果表明:1000kGy以上的γ辐射能严重恶化电缆防火涂料的抗弯性、耐湿热性、耐冷热循环性。500kGy以上的γ辐射对有机防火堵料的耐火性和腐蚀性都有很大影响。

关键词： γ辐射电缆防火涂料有机防火堵料性能

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一种用于距离选通的ICCD设计与实现

光子学报 2015年第6期44卷 88-93页

作者：何欢田进寿温文龙王俊锋刘虎林赛小锋韦永林辛丽伟李力舟中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049 亳州师范高等专科学校理化系安徽亳州236800

研制了一种短余辉、高分辨率、快时间响应的高速选通超二代像增强器,通过光纤锥与CCD进行耦合成高性能距离选通ICCD,理论分析各部件的性能及其对系统空间分辨率的影响;采用FPGA设计电路控制系统,该系统产生出纳秒级的选通门宽以实现对I... 详细信息

研制了一种短余辉、高分辨率、快时间响应的高速选通超二代像增强器,通过光纤锥与CCD进行耦合成高性能距离选通ICCD,理论分析各部件的性能及其对系统空间分辨率的影响;采用FPGA设计电路控制系统,该系统产生出纳秒级的选通门宽以实现对ICCD的数字控制,同时可以对选通脉冲宽度和延时时间进行调整以实现不同亮度以及距离目标的清晰成像,降低背景噪音以及增大成像的动态范围.此外,该系统具有增益监控和调节功能,信噪比达到20∶1dB,在超二代像增强器阴极和微通道板输入面之间加幅度为-200V、宽度为3ns直流连续可调的选通脉冲以实现对增强器的选通,为了提高光电阴极补充电子的速度,在输入窗内表面光刻有线宽为5μm、间距为50μm正方形格栅以保证选通门宽为3ns时光电阴极有足够快的响应速度,选通频率最高可达到300kHz,实验测试在微通道板电压为700V、荧光屏电压为5 000 V时增强器增益可达10 718cd/m2 lx,ICCD系统空间分辨率达到29.7lp/mm.

关键词：成像系统距离选通 FPGA ICCD 光纤锥耦合分辨率选通门宽增益控制

Ge薄膜特性及其在光子计数成像系统中的应用

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光学学报 2009年第11期29卷 3236-3240页

作者：赵菲菲赵宝升张兴华李伟邹玮赛小锋韦永林中国科学院西安光学精密机械研究所光电子学室陕西西安710119 中国科学院研究生院北京100039

利用电子束真空蒸镀方法制作了Ge薄膜,用作感应读出方式光子计数成像系统的电荷感应层,研究了石英玻璃衬底和陶瓷衬底上Ge薄膜的结构特征、表面形态以及各种工艺参数对薄膜电阻的影响。X射线衍射(XRD)测试表明,两种衬底上沉积的Ge薄膜... 详细信息

利用电子束真空蒸镀方法制作了Ge薄膜,用作感应读出方式光子计数成像系统的电荷感应层,研究了石英玻璃衬底和陶瓷衬底上Ge薄膜的结构特征、表面形态以及各种工艺参数对薄膜电阻的影响。X射线衍射(XRD)测试表明,两种衬底上沉积的Ge薄膜均为立方相非晶态。场发射扫描电子显微镜(FESEM)图像表明石英玻璃衬底上的薄膜致密平整,陶瓷衬底上的薄膜比较粗糙,厚度较薄时,陶瓷晶界处薄膜不连续导致电阻较大。通过改变沉积速率、薄膜厚度及采用退火的方法可以控制薄膜电阻。对比了采用不同阻值电荷感应层时系统的性能,发现阻值对探测器的分辨率影响小,对计数率影响较大。

关键词：薄膜光学电荷感应层电子束蒸发光子计数成像电荷感应读出方式