调制光热辐射技术解析Cd(1-x)ZnxTe晶体载流子寿命演变规律及其应用前景

本文采用调制光热辐射测量法（PTR）系统研究了Cd(1-x)ZnxTe晶体载流子寿命随锌组分x（0→1）的变化规律，首次揭示寿命从CdTe的0.1μs增至ZnTe的2μs的演化机制。通过建立含红外吸收系数的理论模型，为宽禁带半导体材料在辐射探测（X/γ射线）和光电器件中的性能优化提供关键参数支撑。

　　

Samples preparation（样品制备）

本研究涉及的晶体采用布里奇曼-斯托克巴杰法（Bridgman-Stockbarger）于波兰托伦大学物理研究所生长完成。该高温高压工艺在氩气保护氛围中进行，典型生长周期为数日。首先按化学计量比精确称量高纯度ZnTe与CdTe基粉体，置于石墨坩埚中经高温合成后，通过精密控制的降温程序实现晶体定向凝固。

Methodology（研究方法）

实验装置采用波长为515 nm、功率100 mW的LuxX+高性能二极管激光器作为泵浦源，通过斯坦福研究系统S865A锁相放大器进行激光频率调制。当激光被CdZnTe样品吸收后，内部产生的热波引发红外辐射变化，该信号由液氮冷却的汞镉碲（MCT）探测器捕获，最终经锁相放大器解析为振幅和相位信号。

Simulations and Dependences of the PTR Characteristics（PTR特性的模拟与依存关系）

图2与图3分别展示了红外光学吸收系数与载流子寿命对PTR振幅和相位特性的影响规律。理论模拟表明，红外吸收效应对实验曲线的解析至关重要，因此采用包含该参数的公式(5)对所有Cd_(1-x)Zn_xTe样品的PTR特征进行拟合分析。

Experimental Results（实验结果）

通过扫描电镜/能谱分析（SEM/EDS）确定三元合金中Cd、Zn、Te的实际组分。载流子扩散系数D依据爱因斯坦关系式(7)与迁移率关联：D(μ)=（k·T/q）·μ（其中k为玻尔兹曼常数，T为温度，q为元电荷）。基于文献数据，CdTe中电子迁移率μ_e=1050 cm²/V·s，空穴迁移率μ_h=104 cm²/V·s；ZnTe中μ_e=530 cm²/V·s，μ_h=130 cm²/V·s。通过PTR相位曲线拟合获得载流子寿命数据，揭示其随锌含量增加呈指数增长趋势（见图6），且红外吸收系数在x=0.5附近出现峰值（见图7）。

Conclusions（结论）

无损PTR检测技术成功实现了Cd_(1-x)Zn_xTe晶体复合参数随组分的定量解析。通过理论曲线拟合，获得了少数载流子寿命、表面复合速度及5μm波长处的红外吸收系数等关键参数。随着锌组分x增加，载流子寿命显著提升（ZnTe达CdTe的20倍），该现象与深能级缺陷减少及晶体结构有序化密切相关。本研究为CdZnTe基探测器性能优化提供了重要的材料本征参数数据库。