空间电荷对高阻CdZnTe晶体载流子输运特性及器件性能的影响

Cadmium Zinc Telluride (CdZnTe, CZT), has been considered as the most promising candidate for room temperature radiation detectors. However, space charge becomes the critical factor that affects the charge transport property and the detector performances. In this project, CZT crystals grown by modified vertical Bridgman method will be investigated. The main research proposals are as follows: (1) Quantitative characterization methods and techniques will be established for in situ observation of space charge distribution in CZT crystals. The formation and evolution mechanisms of space charge will be proposed combined with numerical simulation analysis; (2) The effects of space charge distribution on charge transport process will be revealed. Meanwhile, a modified method for carrier mobility and lifetime evaluation will be proposed. Based on the resulting of structural defects characterization and photoelectric responses, the correlation between structural defects and the optoelectronic properties of CZT crystals will be confirmed; (3) On the basis of above, the effects of space charge distribution on detector stability performance, etc. will be studied. This project will offer new thinking and solutions for CZT crystals growth，device fabrication as well as the mechanism of space charge effect on carrier transport process in the semiconductor.

CdZnTe晶体被认为是目前制备室温核辐射探测器的理想材料。空间电荷是影响CdZnTe晶体载流子输运特性以及器件性能的关键因素之一。本项目拟以改进垂直布里奇曼法生长的CdZnTe晶体为研究对象，探索晶体内空间电荷原位观察技术，揭示空间电荷形成机制以及对载流子输运特性与器件性能的影响规律。主要内容包括：（1）发展并建立晶体内空间电荷分布特性的原位观察方法，结合数值模拟计算，揭示空间电荷形成机制与演化特性；（2）研究空间电荷分布对载流子输运过程的影响机制，提出精确分析载流子迁移率与寿命的改进方法，结合前期结构缺陷表征与光电性能测试，建立微观缺陷与晶体物理性能内在关联；（3）在上述基础上，研究空间电荷对探测器时间稳定性等器件性能的影响规律。通过本项目的实施，将为有目标的优化晶体生长和器件制备提供理论依据和技术路线，为揭示半导体材料中空间电荷对载流子输运特性影响的微观机制提供新思路。

CdZnTe晶体被认为是目前制备室温核辐射探测器的理想材料。然而晶体内空间电荷是影响CdZnTe晶体载流子输运特性以及器件性能的关键因素之一。本项目以改进垂直布里奇曼法生长的CdZnTe晶体为研究对象，发展晶体内空间电荷仿真与原位观察技术，揭示空间电荷形成机制以及对载流子输运特性与器件性能的影响规律，以期解决CdZnTe辐射探测材料生长与制备过程中的基本理论问题，为其实现工程化应用奠定基础。项目在以下方面取得重要进展：（1）建立了基于Pockels效应对CdZnTe晶体内空间电荷分布特性实现原位观察，并结合Sivalco TCAD技术数值仿真，揭示了空间电荷形成机制与演化特性；（2）结合结构缺陷表征与光电性能测试，研究空间电荷分布对载流子输运过程的影响机制，提出精确分析载流子输运特性的改进方法，建立了微观缺陷与晶体物理性能内在关联；（3）在上述基础上，研究大剂量辐照及脉冲X射线照射下，空间电荷对器件性能的影响规律。本项目成果为优化晶体生长和器件制备提供理论依据和技术路线，为揭示半导体材料中空间电荷对载流子输运过程影响的微观机制提供新思路。发表学术论文11篇，其中SCI收录11篇，培养研究生5位，其中2位已毕业。