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碘化汞(a—HgI。)晶体是直接跃迁宽带隙的Ⅱ一Ⅶ族化合物半导体.该晶体原子序数高(Z一8O,Zr一53),禁带宽度大(300K,2.13eV),光电吸收系数大,探测效率高,能量分辨率好,对x、7射线有较高的灵敏度等特性,是优秀的室温半导体探测器的材料之一.
近2O年来,作为医学成像用的多晶薄膜成为碘化汞晶体研发的重要商业目标.文献研究发现,HgI薄膜朝向性可以获得高达1014Q·cm的电阻率,接近HgI:单晶的电阻率.高朝向性的晶粒可以产生良好辐射吸收和形成均匀电场,进一步优化了探测器电场均匀性和成像仪空间分辨率.文
献通过温控技术获得了高朝向性的多晶薄膜,晶粒粒度可以控制到3肚m以下.但是其生长工艺复杂、重复性较差且对薄膜衬底要求较高.文献利用超声辅助定向形核技术成果获得了高朝向性的碘化汞籽晶层.文献利用液相外延技术生长了碘化汞籽晶层,获得了近乎100晶向的多晶薄膜.文献也研究了不同溶液体系下多晶碘化汞薄膜的生长特征.同时对于机理性的问题各国学者也展开了深入的研究.文献指出了薄膜形核初期纳米形貌形成的影响因素;文献以Hg(NO。)·H。O和I。为原料,通过有机物体系中的悬浮法研究了碘化汞纳米颗粒的形成机理,并指出该方法可能是碘化汞籽晶层的定性生长机理的重大突破.
因此用于同质外延的籽晶层工艺研究是获得高朝向性碘化汞多晶薄膜的重要技术.本文利用HgC1和KI在水溶液中的反应,在锡氧化铟(IndiumTinOxide,ITO)玻璃上沉积形成籽晶层的机理进行了研究.分析了溶液体系中的生长单元,反应平衡移动特征.通过改变KI浓度建立了系列配比,讨论了浓度对籽晶生长过程、籽晶层密度、覆盖度的影响,为籽晶层生长工艺优化提供重要参照.
1实验材料和方法实验
用原料为HgC1。(4N)和KI(4N),控制总量为5.5g.在25℃环境下用30mL的去离子水(18MQ)将KI配置成溶液,在磁力搅拌下加入HgC1,持续搅拌30min后静置30rain,配制出摩尔比[Hg。]:[I一]==1:1~1:6六组溶液,定义编号为a~f.取出部分溶液,用去离子水将配置的溶液稀释并采用岛津UV一2550紫外可见分光光度计研究反应液中离子及配合物的存在形式.实验选用1Ox10mmITO玻璃作为生长衬底,对其表面进行洁净处理.在25℃环境下,分别将6个ITO玻璃水平放入6个反应溶液中,生长时间为30min.生长结束后,使用移液管将剩余液体移出,在N。气氛下对生长衬底进行干燥处理.采用LEICA—DM2500P偏光显微镜分析薄膜宏观生长形貌.六组溶液配制参数见表1.
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