(高清版)GBT 40291-2021 核仪器仪表 辐射探测器用高纯度锗晶体 基本特性的测量方法

国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会I Ⅲ 1 1 1 1 23.3量和单位 4 44.1范德堡法的样品制备 44.2测量电活性杂质净浓度(NA-No) 65深能级瞬态谱技术测定杂质中心浓度 5.2深能级瞬态谱设备 5.3深能级瞬态谱的样品选择和准备 5.4杂质中心浓度的测定方法 5.6n型高纯锗多数载流子深能级 6晶体学特性 6.3样品制备 附录B(规范性)对的值 21Ⅲ1GB/T40291—2021/IEC61435:本文件描述了测量高纯锗晶体基本特征的术语和试验方法。包括电活性杂质净浓度(NA一Np)、本文件适用于γ射线和X射线辐射探测器用高纯锗晶体。此锗单晶的电活性杂质中心的净浓度在GB/T7167—2008和GB/T11685—2003中给出了完整的组装锗探测器的试验方法。GB/T2900.66—2004电工术语半导体器件和集成电路(IEC60050-521:2002,IDT)两种载流子引起的总电导率通常在导体和绝缘体之间的一种材料。这种高纯半导体探测器highpurity2GB/T40291—2021/IEC61435:2013了—电流密度，单位为安培每平方米(A·m-²);杂质impurity单元素半导体中的其他元素的原子；化合物半导体中的其他元素的原子或与化合物半导体晶体理表1中定义了常用符号，不常用的符号在正文中定定义A二极管区平方厘米(cm²)B特斯拉(T)C电容法拉(F)法拉(F)3GB/T40291—2021/IEC定义法拉(F)C电压V,时的电容法拉(F)并联等效电路的电容法拉(F)串联电路的耗散因数D厘米(cm)e电子电荷1.60×10-19库仑(C)局部电子能级的载流子发射率s-1E毫电子伏(meV)f赫兹(Hz)F相关的因子k玻尔兹曼常数，8.617×10-⁵eV·K-受主杂质浓度(Acceptorimpurity)每立方厘米(cm-³)施主杂质浓度(Donorimpurity)每立方厘米(cm-³)每立方厘米(cm-³)每立方厘米(cm-³)每立方厘米(cm-³)m每平方皮法伏特(pF-2·v-¹)Q电荷库仑(C)霍尔因子，量纲为1R电阻欧姆(Ω)立方厘米每库仑(cm³·C-¹)欧姆(Q)欧姆(Q)P电阻率欧姆厘米(Ω·cm)T开尔文(K)t时间秒(s)t发射时间秒(s)温度峰值Tma的速率窗口载流子的弛豫时间秒(s)μ平方厘米每伏秒(cm²·v-¹·s-¹)平方厘米每伏秒(cm²·v-¹·s-¹)平方厘米每伏秒(cm²·v-¹·s-¹)平方厘米每伏秒(cm²·v-¹·s-¹)4GB/T40291—2021/IEC定义V电压伏特(V)二极管的内建电势伏特(V)填充脉冲伏特(V)V伏特(V)填充脉冲持续时间秒(s)电容瞬时振幅法拉(F)伏特(V)注：‘量的符号指示载流子的类型(n型或p型),如果仅表示量的大小，表达式为|NA-Np。LN:液氮(LiquidNitrogen)5找标准就到麦田学社GB/T40291—2021/IEC61435:样品厚度。样本纯度越高，此影响就越明显。对于高纯度的材料(杂质净浓度约为10¹⁰cm-3),特别是样品可以用线切割机或金刚锯切割成型。用于测定电活性杂质净浓度(NA-Np)的样品的最小横匀分布在圆周上，且触点尽可能小。触点处的刻痕(凹痕)可以是薄片状(见图1b)],不同类型样品的△(Vc一VA)pn6GB/T40291—2021/IEC方法A方法B方法C7GB/T40291—2021/IEC6于±5%。 (1) (2) (3)RAB,cp——磁场关闭时的(见图1);(见图1);8GB/T40291—2021/IEC61435:2013a)关闭磁场，将电流从接触点B接入，接触点D流出，同时测量并记录A与C之间的电压差b)开启磁场，将电流从接触点B接入，接触点D流出，同时测量并记录A与C之间的电压差 (4)所需磁场极性如图1a)所示，对于p型材料Ra为正值，n型材料Rh为负值。 (5) (6) (7)如果反向磁场和反向电流所产生的Rn符号不一致，或者反向导致的Rgp,Ac的值相差超过±25%,则本方法不适用于此型号的样品。如果μ≤10⁴cm²·v-¹·s-¹(计算方法见4.2.6),霍尔系数的符号9GB/T40291—2021/IEC6p——电阻率[从式(3)获得]。rn——霍尔因子(约等于1)(见附录A)。a)接触点条件不好；b)表面电荷的影响；c)宏观不均匀性；活性杂质净浓度(NA-Np)时存在实际问题。本的材料(见),但是不能因此推断μ较低的材料不适合核探测器。对于这类材料的电活性杂rH——霍尔因子； 如果高纯锗探测器的体积比范德堡样品的体积大得多(多数情况),则需要确定(NA一Np)的轴向和径向变化。非平面生长界面，径向微观生长速率不规则，以及从表面扩散或向表面扩散均可能引起△(NA-Np)。轴向变化是由残余杂质的不均匀分布系数引起的。有效分布系数决定微观的增长率，对于本文件的分析，假设电活性杂质净浓度(NA一Np)是半径的线性函数。本文件中的(NA一Np),是指感兴趣区的(NA-Np)的平均值，是在晶体的中心和(NA一Np)e——在晶体的边缘进行测量，其电活性杂质净浓度的算术平均值，单位为每立方厘米(cm-³);晶体测量时，如果μ[见式(9)]与理论值的误差小于±10%,采用有效迁移率技术。如果变化量△(NA-Np)小于±15%,电活性杂质净浓度(NA-Np)的测量值[由式(10)给出]可以视为真值。以用机器在样品接触点之间切口，切口长度为半径的1/2以上(如图2a)所示]。样品应重新腐蚀，重新测量见4.2.5。在新的几何结构中，只有中心区域对测量结果有显著贡献。在这些实例中，式(13)和(NA-Np)=(NA一Np), (13)△(NA一Np):=2[(NA一Np),一(NA一Np)] (NA-Np)。——对晶体切片进行测量，其电活性杂质净浓度的算术平均值，单位为每立方厘米(NA-Np):——对四叶形样品进行测量，其电活性杂质净浓度的算术平均值，单位为每立方厘米用于平面探测器的薄片(直径大于厚度),通过测量整个薄片得用于同轴探测器的晶体(直径约等于厚度),(NA-Np)和△(NA-Np)的测量应在靠近晶体两端间(与线性放大器的成形时间相比)内重新释放。这种效应可能导致谱记录中出现峰展宽和拖尾。在本a)电容计一只。精度为±2%,测量范围：1pF～100pF。应采用三端电容以避免周围环境的杂上升响应时间应远小于待测材料的最小发射时间常数。此外，在外加填充脉冲电压Vp期间，b)脉冲发生器一台。其所施加的偏置电压可调档，其开关时间远小于待测的最小发射时d)记录系统一套。能够数字化或连续测量两个门延迟时间之间电容随温度变化的差值。e)示波器一台。测量门延迟时间和观察电容瞬态变化。f)低温恒温器一台。样品温度可在15K～220K可调。5.3深能级瞬态谱的样品选择和准备样品的大小及其在生长晶体中的位置至关重要，因为深能级浓度可能具有很强的径向和轴向梯GB/T40291—2021/IEC为了确定电活性杂质净浓度(NA一Np),应在样品中结形成之前进行范德堡测量(见第4章)。脉冲Vp减小了偏置电压，从而将多数载流子引入之前的耗尽区。脉冲结束时(当电压恢复到V,时),填率e,e₁随温度的升高而快速增加。发射时间t=e-¹满足式(16)时，在此温度下(见5.4.2),从一个特t₂和t₁表示如图3所示的时间。电阻的阻值可能与电容的容抗值相当，尤其是在温度100K以上，这取决于电活性杂质净浓度记录深能级瞬态谱信号时，样品温度变化速率应小于0.1K·s-¹。将结果制成图表。为了得到进行几次深能级瞬态谱温度扫描。通常，(t₂-t₁)从0.5ms到10ms,而t₂/t₁约等于5。温度应稳定在10K～20K,低于深能级瞬态谱的最低温度峰值，保证所有深能级载流子冻结。应散电容、不均匀杂质分布和其他影响也会造成畸变。式(17)假定空间电荷区突然c)样品的串联电阻R,(包括未耗尽区域和触点的电阻),如果存在串联电阻，会影响Ca的测定。正。如果R,主要是由于二极管未耗尽区域的电阻引起的，通常可以选择合适的温度范围测防止所需的耗尽区电容受样品与周围环境接触产生电容的影响。电容可以直接从电压表面板读取，通找标准就到麦田学社Ca=Cm(1+D,²) (18)D,——在串联电阻为R,和角频率为w时，样品的耗散系数，D,=wR,Ca,式中w=2πf,f为频当D₃等于1时，式(19)存在异常点。如果D,大于0.8,则不使用该公式。如果D,小于0.2,则不需计算得出的深能级浓度Nr也应根据高陷阱浓度和电压脉冲高度进行修正。在经典方法[5]中，应5.4.6技术测量Nr对深能级瞬态谱进行定性分析后，采用技术测定高阻材料中相对较高的深a)将示波器连接到电容计的输出端，示波器屏幕上将显示完整电容暂态波形。波形的指数增长GB/T40291—2021/IEC61435:部分应类似于图4中的上半部分。b)记录填充脉冲Vp的高度。c)注意圆圈中点1的垂直位置，对应于初始电容C。d)增加反向偏压V的增量△V.,使圆圈中点2的最终电容C'对应的信号与点1在同一垂直位e)由式(21)计算每立方厘米的深能级杂质中心浓度Nr: (21)5.5p型高纯锗多数载流子深能级表3列出了p型高纯锗有关的多数载流子深能级及鉴别方法以及Cu和Cu-Hx的第一电离能级，Cf1C2未列于表3中的深能级可以由能级参数K。和△E。计算得出，或者更简单地用特定温度下的发射率(e,)来确定(见下面的e:公式)。表3p型高纯锗的多数载流子深能级电离能级?表3p型高纯锗的多数载流子深能级(续)杂质中心·电离能级?-/2--/2-注1:er=K.T²exp(一△E。/kT)注2:假设，在温度77K,达到热平衡时，Cu-H₁(0/-)能级和所有的浅层能级均已电离。其中：苦Cu,参考铜代替品；关*0/-参考(中性)(单次电离)空穴发射前/后；-/2-参考(单次)(双重电离)空穴发射前/后。Vp呈线性关系。应验证该能级的发射呈指数形式。使用参考文献[3]或参考文献[4]中的方法。通过观察深能级瞬态谱信号的强度或△C(Wp),验证该能级的捕获呈指数形式。其中Wp是填充脉冲的持 (22)Wp填充脉冲持续时间，单位为秒(s)。5.6n型高纯锗多数载流子深能级5.7报告照本文件可以量化的观测能级，应根据其浓度列表。表3所列的中心的浓度上限(未观察到)可以从适6晶体学特性6.1概述GB/T40291—2021/IEC6腐蚀坑分布可能是不均匀的，因此，计算区域的选择没有规定程序。建议1mm×1mm区域，分别位于中心，边缘和切片径向上的中间位置。这样每片至少要数150个腐蚀坑蚀坑之间的间距和结构的总长度来表征(以切片半径衡量)。根据定义，系属结构的蚀坑间距应小于b)样品是单晶(无孪晶面或晶界)还是多晶的说明。c)是否有系属结构，腐蚀坑密度大于平均值4倍的区域，直径大于2mm的无错位区域和马赛克d)平均腐蚀坑密度和参与计算的腐蚀坑总数。GB/T40291—2021/IECAB(规范性)的的[1]L.J.VanderPauw,PhilipsRes.Rep.13,1(1958)[3]W.R.Thurber,R.A.Forman,andW.E.Phillips,J.Appl.Phys.53,(1982)[4]P.C.Manglesdorf,Jr.,J.[5]E.Simoen,P.Clauws,M.LamonandJ.Vennik,Ph[6]A.BroniatowskiandJ[7]LarryDarken,IEEE[9]A.C.BeerandR.K.Willi[10]S.P.Swierkowski,J.H.Yee,G.A.ArmantroutandR.Wichn[11]E.E.Haller,P.P.Li,G.S.Hubbard,andW.L.Hansen,IEEE[13]E.E.Haller,G.S.Hubbard,W.L.Hansen,andA.Seeger,Inst.Phys.[14]P.A.Glaso