碘化铅单晶生长及探测器的研究进展

PbI2单晶体是性能优异的室温半导体核辐射探测器新材料。主要介绍了PbI2晶体生长技术及其室温核辐射探测器研究发展的最新动态,综述了PbI2晶体的3种主要生长方法(气相法、熔体法和凝胶法)的原理和优缺点,重点阐述了熔体法生长PbI2晶体的影响因素及研究进展,提出了PbI2单晶制备技术存在的主要问题和今后的发展方向。     

垂直布里奇曼法生长碘化铅单晶体

碘化铅（PbI2）晶体的平均原子序数较高,有较宽的禁带宽度,作为一种新型室温核辐射探测器材料有着广阔前景．以高纯Pb和I2单质为原料,采用两温区气相输运法（TVM）成功合成出单相PbI2多晶原料,并以此为原科,用垂直布里奇曼法（VBM）生长了3种不同颜色的PhI2单晶体．研究表明：晶体生长工艺参数对晶体的质量有重要影响,适当调整温度场和安瓿在生长炉中的位置,可有效地避免或减轻晶体富碘现象,从而生长出优质的黄色PbI2单晶体。     

新型近红外光电探测材料碲铟汞的研究

研究了一种新型近红外光电探测材料碲铟汞（MIT）晶体，利用垂直Bridgman法成功生长了MIT单晶，并采用X-ray衍射分析、UV-NIR-IR光谱分析及Hall测试对晶体的形态结构及光电性能进行了检测。结果表明：MIT晶体为缺陷闪锌矿结构，其在中远红外波段透过性能较好（ 〉50％），并且随着波长的增大，透过增强．MIT晶体为n型半导体，室温电阻率为4．79×10^2Ω．cm，载流子迁移率为4．6×10^2cm^2．V^-1．s^-1，载流子浓度为2．83×10^13cm^-3。较低的载流子浓度，有利于降低探测器的噪声及提高探测器的能量分辨率。     

PbI2掺杂对高温高压合成PbTe1.04合金电学性质的影响

通过高温高压方法,成功地合成出了立方相(PbTe1.04)100-y(PbI2)y(0≤y≤ 0.065)体热电材料.在常温常压下,对样品的一系列电学性质进行了测试与研究.结果表明,随着掺杂量的增加,Seebeck系数的绝对值和电阻率均显著地减小.当y=0.015时,热电材料的功率因子达到最大值24.2μW/(cm·K2),它远远大于常压下合成PbTe掺杂PbI2的功率因子.以上结果说明,高温高压结合微量掺杂的方法可以有效地提高PbTe材料的电学输运性能.     

SrI2∶Eu∶Cs晶体生长及闪烁性能

采用垂直布里奇曼法成功制备出尺寸为Φ25 mm×70 mm的SrI₂∶Eu∶Cs晶体,经加工后封装得到尺寸为10 mm×10 mm×10 mm的透明单晶,这是迄今为止Eu²⁺和Cs⁺双掺杂的最大尺寸SrI₂单晶,所用原料为国产原料。XRD测试结果表明,所得晶体为SrI₂正交相,空间群为Pbca。荧光光谱显示晶体的发射峰和激发峰分别位于440 nm和419 nm,属于典型Eu²⁺的5d→4f跃迁发射。X射线激发发射光谱显示该晶体只有一个位于440 nm的发射峰,与荧光光谱的结果一致。采用单指数拟合后得到晶体在370 nm激发波长下的荧光寿命约为1.3 μs。在¹³⁷Cs射线源激发下的γ能谱测试显示晶体的能量分辨率为5.5%,已基本满足实际使用的要求。     

大直径Hg_3In_2Te_6晶体生长与性能表征

采用垂直布里奇曼法,成功生长出大直径Hg3In2Te6(Φ=30mm)晶体。通过傅立叶红外透射光谱测试了晶锭不同部位的红外透过率,并利用X射线双晶摇摆曲线表征了晶体的结晶质量。结果表明,定向切割晶片为(111)面单晶,衍射峰位于θ=12.1665°处,半峰宽为0.0760°;中部单晶片红外透过率平均值为50%,接近Hg3In2Te6晶体的红外透过率最大值57%。位错和成分非均匀性是造成晶锭不同部位红外透过率差异的主要因素。     

CdSiP2晶体中光散射颗粒的研究

采用单温区法合成了CdSiP₂ (CSP)多晶原料, 然后采用垂直布里奇曼法生长了大尺寸的CSP单晶。采用扫描电子显微镜、EDS对晶体中光散射颗粒的尺寸、形貌和成分进行了观察和检测。测试结果表明, 所生长的CSP晶体中的光散射颗粒呈近椭圆形, 尺寸为2~8 μm, 主要成分为Si, 含量占88%以上。对CSP多晶合成的反应机理研究表明, 此第二相颗粒是由于合成时多晶料中残留有少量未反应的Si单质所致。通过合成工艺的改进, 有效地减少了晶体中Si散射颗粒的残留, 制备出了高透明性的CSP单晶体。     

室温辐射探测器用碲锌镉晶体的退火改性研究进展

碲锌镉(CdZnTe)作为一种重要的Ⅱ-VI族化合物半导体,因其具备优异的光电性能,成为制备室温辐射探测器的理想材料.但生长态的CdZnTe晶体中不可避免地会引入Cd空位、沉淀/夹杂相、杂质和位错等缺陷,严重影响了所制备器件的质量和光电性能.因此,需对生长态晶体进行退火改性处理以提高晶体的质量.本文分析了CdZnTe材...     

离子注入改性SOI材料总剂量辐射退火效应和机理研究

基于绝缘体上硅(SOI)的CMOS电路具有天然的抗单粒子优势,但绝缘埋层的存在使得其总剂量效应尤为突出和复杂。本文研究了利用离子注入改性SOI材料的总剂量辐射和退火效应、基于赝MOS技术的SOI材料辐射效应评估技术和离子注入改性提高SOI材料抗辐射性能的机理。实验结果表明,采用该技术制备的绝缘体上硅材料抗总剂量能力达到1Mrad(Si);离子注入改性SOI材料在经过室温和高温退火后,辐射导致的固定电荷和界面态可以完全恢复;离子注入和高温退火在二氧化硅薄膜中形成硅纳米团簇结构,从而引入深电子陷阱,补偿总剂量辐射引起的绝缘埋层中的空穴积累。     

高能辐射室温探测器用TlBr单晶及其器件

TlBr单晶材料具有探测器高的阻止本领、宽禁带、高电阻率、高密度、能量吸收深度较小等特点,是目前理想的高能X和7射线探测用半导体材料之一.介绍了TlBr单晶材料、TlBr探测器的基本原理以及T1Br单晶及器件的研究现状,概括了TlBr原料提纯和晶体生长的主要方法及其特点,同时总结归纳出TlBr晶体生长和器件制备方面所存在的高质量材料制备问题、电极接触问题、器件结构设计问题和载流子收集问题,以及将来TlBr探测器领域的热点研究方向.     

坩埚下降法生长SnSe单晶及其力学性能研究(英文)

Ⅳ-ⅥSnS e单晶是一种引人注目的热电材料,不仅热电性能优异而且还具有环境友好的特征。本工作探索了一种制备SnS e单晶的技术,并对产品的力学性能进行研究。利用坩埚下降法成功生长了化学计量比准确的非掺杂SnS e单晶,其在室温下具有标准Pnma正交相结构。由于Sn层与Se层之间的结合力非常弱, SnSe单晶很容易沿(100)面解理。显微压痕测试表明SnSe单晶十分柔软, 0.01～0.05 kg载荷下的平均显微维氏硬度HV仅为53 MPa。然而,得益于层内Sn和Se原子之间强烈的极性耦合, SnSe单晶沿(100)面却展现出了优异的断裂韧性。纳米划痕实验显示SnS e单晶(100)面在5～300 mN划痕压力范围内的摩擦系数COF可从0.09增加到0.8。本工作对完善SnS e单晶的力学性能信息具有重要意义。     

Real‐Time Observation of Iodide Ion Migration in Methylammonium Lead Halide Perovskites

Organic–inorganic metal halide perovskites (e.g., CH₃NH₃PbI_3?x Cl_x ) emerge as a promising optoelectronic material. However, the Shockley–Queisser limit for the power conversion efficiency (PCE) of perovskite‐based photovoltaic devices is still not reached. Nonradiative recombination pathways may play a significant role and appear as photoluminescence (PL) inactive (or dark) areas on perovskite films. Although these observations are related to the presence of ions/defects, the underlying fundamental physics and detailed microscopic processes, concerning trap/defect status, ion migration, etc., still remain poorly understood. Here correlated wide‐field PL microscopy and impedance spectroscopy are utilized on perovskite films to in situ investigate both the spatial and the temporal evolution of these PL inactive areas under external electric fields. The formation of PL inactive domains is attributed to the migration and accumulation of iodide ions under external fields. Hence, we are able to characterize the kinetic processes and determine the drift velocities of these ions. In addition, it is shown that I₂ vapor directly affects the PL quenching of a perovskite film, which provides evidence that the migration/segregation of iodide ions plays an important role in the PL quenching and consequently limits the PCE of organometal halide‐based perovskite photovoltaic devices.     

Band Structure Engineering of Interfacial Semiconductors Based on Atomically Thin Lead Iodide Crystals

To explore new constituents in two‐dimensional (2D) materials and to combine their best in van der Waals heterostructures is in great demand as being a unique platform to discover new physical phenomena and to design novel functionalities in interface‐based devices. Herein, PbI₂ crystals as thin as a few layers are synthesized, particularly through a facile low‐temperature solution approach with crystals of large size, regular shape, different thicknesses, and high yields. As a prototypical demonstration of band engineering of PbI₂‐based interfacial semiconductors, PbI₂ crystals are assembled with several transition metal dichalcogenide monolayers. The photoluminescence of MoS₂ is enhanced in MoS₂/PbI₂ stacks, while a dramatic photoluminescence quenching of WS₂ and WSe₂ is revealed in WS₂/PbI₂ and WSe₂/PbI₂ stacks. This is attributed to the effective heterojunction formation between PbI₂ and these monolayers; type I band alignment in MoS₂/PbI₂ stacks, where fast‐transferred charge carriers accumulate in MoS₂ with high emission efficiency, results in photoluminescence enhancement, and type II in WS₂/PbI₂ and WSe₂/PbI₂ stacks, with separated electrons and holes suitable for light harvesting, results in photoluminescence quenching. The results demonstrate that MoS₂, WS₂, and WSe₂ monolayers with similar electronic structures show completely distinct light–matter interactions when interfacing with PbI₂, providing unprecedented capabilities to engineer the device performance of 2D heterostructures.     

高质量钨酸铅(PWO)晶体的生长

用改进的垂直坩埚下降法成功地生长了高质量的钨酸铅晶体,晶体毛坯的尺寸为２８ｍｉｎ×２８ｍｍ×３６０ｍｍ;晶体的生长工艺参数为：籽晶取向［００１］;下降速度 ０．６～１．０ｍｍ／ｈ;生长界面附近的温度梯度为２０～３０℃／ｃｍ,加工后的晶体成品在４２０ｎｍ附近的透过率＞６０％;在３６０ｎｍ附近的透过率＞２５％．晶体的光输出＞９ｐ．ｅ／ＭｅＶ;光伤＜５％．     

Solution‐Processed Lead Iodide for Ultrafast All‐Optical Switching of Terahertz Photonic Devices

Solution‐processed lead iodide (PbI₂) governs the charge transport characteristics in the hybrid metal halide perovskites. Besides being a precursor in enhancing the performance of perovskite solar cells, PbI₂ alone offers remarkable optical and ultrasensitive photoresponsive properties that remain largely unexplored. Here, the photophysics and the ultrafast carrier dynamics of the solution processed PbI₂ thin film is probed experimentally. A PbI₂ integrated metamaterial photonic device with switchable picosecond time response at extremely low photoexcitation fluences is demonstrated. Further, findings show strongly confined terahertz field induced tailoring of sensitivity and switching time of the metamaterial resonances for different thicknesses of PbI₂ thin film. The approach has two far reaching consequences: the first lead‐iodide‐based ultrafast photonic device and resonantly confined electromagnetic field tailored transient nonequilibrium dynamics of PbI₂ which could also be applied to a broad range of semiconductors for designing on‐chip, ultrafast, all‐optical switchable photonic devices.     

Pb2MoO5单晶的坩埚下降法生长

本文报道了Pb2MoO5单晶的坩埚下降法生长工艺.按照精确的化学计量比进行配料,应用高温固相反应合成Pb2MoO5多晶料;在晶体生长过程中,控制炉体温度于1050～1070℃,调节固液界面温度梯度为30～40℃/cm,按照0.6～1.0 mm/h的下降速率,通过改进的坩埚下降法生长出透明完整的Pb2MoO5单晶;应用X射线衍射、差热分析、透射光谱等方法进行了单晶基本性质的表征.X射线衍射分析证实该晶体为单斜晶系,DTA/TG曲线表明该晶体在958℃一致熔融,高于此温度熔体组分出现严重挥发,该晶体在可见光波长范围具有良好的光学透过性,其吸收边位于370 nm波长附近.     

钨酸铅晶体生长及其组份挥发

本文首次报道了用坩埚下降技术生长钨酸铅（PWO）晶体;研究了提拉和坩埚下降两种技术生长PWO晶体的组份挥发,得到的结果是PbO的挥发速率高于WO₃,并对一组晶体不同部位的X射线发光性能作了研究．