Effect of Compensation Degree on the Detecting Properties of In-doped Cd0.9Zn0.1Te crystals

В.М. Склярчук; З.І. Захарук; М.Г. Колісник; Г.І. Раренко; О.Ф. Склярчук; П.М. Фочук

doi:10.15330/pcss.20.3.257-263

Автор(и)

В.М. Склярчук Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича
З.І. Захарук Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича
М.Г. Колісник Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича
Г.І. Раренко Yuriy Fedkovich’ Chernivtsi National University
О.Ф. Склярчук Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича
П.М. Фочук Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.20.3.257-263

Ключові слова:

Cd0.9Zn0.1Te:In, омічний контакт, контакт Шотткі, СОПЗ, ступінь компенсації, детектор γ-випромінювання

Анотація

Досліджено електричні характеристики кристалів Cd_0.9Zn_0.1Te, легованих індієм (CZT:In) з концентрацією С_о = 3,5×10¹⁷ cm^-3, які застосовуються у детекторах X/γ-випромінювання. Кристали CZT:In володіли слабко вираженим n-типом провідності та мали питомий опір (1 ¸ 2)×10⁹ Ом·см при 293 К. На їх основі створено структури з омічними контактами In/CZT:In/In та структури Cr/CZT:In/In з діодом Шотткі. Проаналізовано та пояснено температурні залежності питомого опору в досліджуваному матеріалі. Визначено енергетичне положення глибокого рівня, відповідального за темнову електропровідність матеріалу. На основі досліджень температурних залежностей струмів обмежених просторовим зарядом і струмів омічної ділянки вольт-амперної характеристики, визначено ступінь компенсації кристалів CZT:In. Встановлено, що кращими детектуючими властивостями володіли структури Cr/CZT:In/In з діодом Шотткі, виготовлені на кристалах з меншим ступенем компенсації, ніж аналогічні структури, виготовлені на кристалах з більшим ступенем компенсації.

Посилання

S.D. Sordo, L. Abbene, E. Caroli, A.M. Mancini, A. Zappettini and P. Ubertini, Review, Sensors 9, 3491 (2009) (https://doi.org/10.3390/s90503491).

A. Brambilla, P. Ouvrier-Buffet, G. Gonon, et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. 60, 408 (2013) (https://doi.org/10.1109/TNS.2012.2226910).

Ruihua Nan, Tao Wang, Gang Xu, Man Zhu, Wanqi Jie, J. Cryst. Growth 451, 150 (2016). (https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.07.032).

R. Triboulet, P. Siffert, CdTe and related compounds: physics, defects, technology, hetero- and nanostructures and applications: physics, CdTe-based nanostructures, and semimagnetic semiconductors, defects. European Materials Research Society series. (Oxford: Elsevier, 2010). (https://searchworks.stanford.edu/view/8596311).

A.A. Zakharchenko, A.V. Rybka, V.E. Kutny, A.I. Skrypnyk, M.A. Khazhmuradov, P.M. Fochuk, A.E. Bolotnikov, and R.B. James, Proc. SPIE 8507, Hard X-Ray, Gamma-Ray, and Neutron Detector Physics XIV, 85071I (2012) (https://doi.org/10.1117/12.928567).

K.H. Kim, A.E. Bolotnikov, G.S. Camarda, at al., IEEE. Trans. Nucl. Sci. 59(4), (2012) (https://doi.org/10.1109/TNS.2012.2202917).

L. Davydov, P. Fochuk, A. Zakharchenko, A., Kutny, et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. 62(4), 17779 (2015) (https://www.researchgate.net/publication/281058785_Improving_and_Characterizing_CdZnTe_Crystals_for_Detecting_Gamma-Ray_Radiation).

Pengfei Wang, Ruihua Nan and Zengyun Jian, J. of Semicond. 38(6), 062002 (2017) (https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-4926/38/6/062002).

M. Amman, J.S. Lee, P.N. Luke, H. Chen, et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. 56(3), 795 (2009) (https://doi.org/10.1109/TNS.2008.2010402).

U.N. Roy, S. Weiler, J. Stein, M. Groza, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, Accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment 652(1), 162 (2011) (https://doi.org/10.1016/j.nima.2011.01.143).

U.N. Roy, A. Burger, R.B. James, J. Cryst. Growth 379, 57 (2013). (https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2012.11.047).

S.M. Koohpayeh, Single crystal growth by the traveling solvent technique: A review. (PROG CRYST GROWTH CH., 2016).

P. Fochuk, Z. Zakharuk, Ye. Nykonyuk, I. Rarenko, M. Kolesnik, A. E. Bolotnikov, G. Yang, and R.B. James, IEEE Trans. Nucl. Sci. 63(3) 1839 (2016) (https://doi.org/10.1109/TNS.2016.2548425).

Boru Zhou, Wanqi Jie, Tao Wang, Liying Yin, J. Cryst. Growth 483 (2017). (https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2017.12.003).

S.I. Budzulyak, D.V. Korbutyak, L.A. Demchyna, V.M. Yermakov, N.D. Vakhnyak, I.M. Rarenko, Z.I. Zakharuk, M.H. Kolisnyk, P.M. Fochuk, S.H. Dremlyuzhenko, I.Z. Misevych, Sposib vyroshchuvannya monokrystaliv CdTe ta yoho tverdykh rozchyniv CdxZn1-xTe, CdxMn1-xTe, Patent №о 113185, Ukrayina, [in ukr.] Byul. №24, publ. 26.12.2016.

S.G. Dremlyuzhenko, Z.I. Zakharuk, P.M. Fochuk, A.Y. Savchuk, Physics and Chemistry of Solids State 8(4), 748 (2007).

T. Toshifumi T, S. Adachi, H. Nakanishi, K. Ohtsuka, Jpn. Appl. Phys. 32, 3496 (1993).

Jitendra Kumar Tripathi, S.S. Harilal, S.S. Harilal, Materials Research Express. 1(3), 035904 (2014) (https://doi.org/10.1088/2053-1591/1/3/035904).

M. Lampert and P. Mark, Inzhektsionnyye toki v tverdykh telakh [in rus.] (Mir, Moscow, 1973).

Xu Yadong, Jie Wanqi, Pall Sellin, Tao Wang, et al, J. of Phys. D: Appl. Phys. 42(3), 03505, 082002 (2009) (https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-4926/30/8/082002).

L.S. Dang, G. Neu, and R. Romestain, Solid State Commun. 44(8), 1187 (1982).

P. Ravindran, Carrier effective mass calculations (Computational Condensed Matter Physics, Spring, 2015) (http://folk.uio.no/ravi/CMT15. http://folk.uio.no/ravi/cutn/ccmp/9-EffectiveMass1.pdf).

B. Segall, M.R. Lorenz, R.E. Halsted, Phys. Rev. 129, 2471 (1963).

G.G. Roberts, F.W. Smidlin, Phys. Rev. 180, 785 (1969).

A.V. Malovichko, S.V. Svechnikov, K.P. Shulga, Ukr. Phiz. J. [in ukr] 20 (2) (1975).

R.H. Nan, W.Q. Jie, G.Q. Zha, J. Nucl. Instrum. Meth. A, 705, 32 (2013) (https://doi.org/10.1016/j.nima.2012.12.081).

M. Zanichelli, A. Santi, M. Pavesi & A. Zappettini, J. Phys. D: J. Appl. Phys. 46(36), 365103 (2013) (https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/46/36/365103).